【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子工艺领域，具体涉及一种基于异质结构的n型金刚石hemt器件及其制备方法。
技术介绍
1、在新一代信息技术、通信、云计算等
的发展革新，对能源的需求稳步增加。而功率半导体器件是影响电力转换和对电路系统控制及其重要的电子元器件，功率开关器件的发展刻不容缓。在器件结构不断发展下，硅材料已经达到其性能的理论极限，迫切需要新的、带隙更宽的、击穿场强更高的材料应用于功率器件中。
2、金刚石是一种具有宽禁带(～5.5ev)、高热导率(20w/cm·k)、高击穿场强、高化学稳定性的半导体材料。其电子迁移率约是si的电子迁移率3倍，空穴迁移率则是si空穴迁移率的4倍。更大的禁带宽度使得电子从价带到导带的跃迁更为困难，其表现为更小的本征漏电流、更高的工作温度和抗辐射特性。出色的散热性能也极大的减缓了器件产热对基于金刚石的器件的影响。纳米金刚石保留了金刚石固有的优异特性，其更是常用于器件的散热。金刚石的p型掺杂已经较为成熟，但其n型掺杂迟迟得不到突破，这限制了这一“终极半导体”在器件中的应用。
3、因此，对应于p型金刚石器件，业界急需发展与其互补的n型金刚石器件，尤其是金刚石的电子迁移率要明显高于空穴迁移率(电子迁移率：4500cm2/v·s，空穴迁移率：3800cm2/v·s)。
4、高电子迁移率晶体管(high electron mobility transistor,hemt)，也称调制掺杂场效应管(modulation-doped fet，modfet)是场效应晶体管的一种，它使用
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术的提出了一种基于异质结构的n型金刚石hemt器件及其制备方法。具体的说是通过异质结构的n型纳米金刚石作为导电通道，制备纳米金刚石hemt晶体管器件。
2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
3、一方面，本专利技术提供一种基于异质结构的n型金刚石hemt器件，依次包括金刚石绝缘衬底、纳米金刚石沟道层和势垒层，所述势垒层上设置有源极、漏极以及位于两者之间的栅极，所述源极、漏极以及栅极之间相互采用钝化层隔离；
4、所述金刚石绝缘衬底为绝缘金刚石衬底；
5、所述势垒层为用于生长纳米金刚石沟道层的异质衬底，所述纳米金刚石沟道层包括多晶金刚石和分散多晶金刚石之间间隙处的碳材料，多晶金刚石的晶粒尺寸为纳米级；所述异质衬底的晶格常数与多晶金刚石的晶格常数差异不超过25％。
6、优选地，所述异质衬底的晶格常数与多晶金刚石的晶格常数差异为5-25％。
7、优选地，所述碳材料包括非晶碳、石墨烯、石墨相中的任意一种或几种组合。
8、优选地，所述多晶金刚石的晶畴尺度为5nm～100nm。
9、优选地，所述势垒层为aln、ga2o3、gan中的任意一种。
10、优选地，所述钝化层选自氮化铝、氮化硅、二氧化硅中的任意一种。
11、另一方面，本专利技术提供一种基于异质结构的n型金刚石hemt器件的制备方法，包括以下步骤：
12、准备异质衬底；
13、采用mpcvd工艺，在异质衬底上外延纳米金刚石沟道层，形成所述异质外延n型纳米金刚石，此时异质衬底作为势垒层；
14、在纳米金刚石沟道层上继续外延多晶金刚石作为绝缘衬底；
15、在势垒层背面沉积钝化层；
16、利用刻蚀工艺刻蚀掉部分钝化层直至露出势垒层，分别形成源极区域、漏极区域和栅极区域，其中栅极区域位于源极区域、漏极区域的中间；在成源极区域、漏极区域和栅极区域分别制备电极，形成源极、漏极和栅极，完成n型金刚石hemt器件的制备。
17、优选地，在在异质衬底上外延纳米金刚石沟道层方法如下：
18、对异质衬底进行表面清洁处理；
19、在异质衬底上制备金刚石籽晶；
20、将异质衬底置于mpcvd腔体中，通入刻蚀气体和碳源气体，调整外延参数生长多晶金刚石，在生长多晶金刚石的同时伴随碳材料生成，形成多晶金刚石和碳材料交替分布的纳米金刚石沟道层。
21、优选地，制备纳米金刚石沟道层时，外延参数如下：
22、温度为750～900℃，微波功率为3.7～6.0kw，压强为100～210mbar，刻蚀气体流量为100～1000sccm，碳源气体浓度为2％～10％。
23、优选地，制备电极过程中，先制备源极和漏极，后制备栅极。
24、优选地，刻蚀过程中对源极区域、漏极区域的势垒层进一步减薄，使得后续制备的源极、漏极嵌入到势垒层内。
25、优选地，所述绝缘衬底的厚度为1～500μm。
26、本专利技术的有益效果：
27、本专利技术制备的n型金刚石hemt器件中，基于异质结的纳米金刚石具有明显的n型导电性质，其中电子迁移率高达1000cm2/v·s～3000cm2/v·s，将这一结构应用于晶体管器件中，解决了金刚石n型器件无法实际应用的困局。
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1.一种基于异质结构的N型金刚石HEMT器件，其特征在于：依次包括金刚石绝缘衬底、纳米金刚石沟道层和势垒层，所述势垒层上设置有源极、漏极以及位于两者之间的栅极，所述源极、漏极以及栅极之间相互采用钝化层隔离；
2.根据权利要求1所述基于异质结构的N型金刚石HEMT器件，其特征在于：所述异质衬底的晶格常数与多晶金刚石的晶格常数差异为5-25％。
3.根据权利要求1所述基于异质结构的N型金刚石HEMT器件，其特征在于：所述势垒层为AlN、Ga2O3、GaN中的任意一种。
4.根据权利要求1所述基于异质结构的N型金刚石HEMT器件，其特征在于：所述钝化层选自氮化铝、氮化硅、二氧化硅中的任意一种。
5.一种权利要求1所述基于异质结构的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于：在在异质衬底上外延纳米金刚石沟道层方法如下：
7.根据权利要求5所述的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于：制备纳米金刚石沟道层时，外延参数如下：p>
8.根据权利要求5所述的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于：制备电极过程中，先制备源极和漏极，后制备栅极。
9.根据权利要求5所述的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于：刻蚀过程中对源极区域、漏极区域的势垒层进一步减薄，使得后续制备的源极、漏极嵌入到势垒层内。
10.根据权利要求5所述的N型金刚石HEMT器件的制备方法，其特征在于：所述绝缘衬底的厚度为10～30μm。
...【技术特征摘要】
1.一种基于异质结构的n型金刚石hemt器件，其特征在于：依次包括金刚石绝缘衬底、纳米金刚石沟道层和势垒层，所述势垒层上设置有源极、漏极以及位于两者之间的栅极，所述源极、漏极以及栅极之间相互采用钝化层隔离；
2.根据权利要求1所述基于异质结构的n型金刚石hemt器件，其特征在于：所述异质衬底的晶格常数与多晶金刚石的晶格常数差异为5-25％。
3.根据权利要求1所述基于异质结构的n型金刚石hemt器件，其特征在于：所述势垒层为aln、ga2o3、gan中的任意一种。
4.根据权利要求1所述基于异质结构的n型金刚石hemt器件，其特征在于：所述钝化层选自氮化铝、氮化硅、二氧化硅中的任意一种。
5.一种权利要求1所述基于异质结构的n型金刚石hemt器件的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜，孙祥，沈威，吴改，张栋梁，汪启军，东芳，梁康，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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