一种具有功能特性的异质结场效应管制造技术

本发明专利技术涉及一种具有功能特性的异质结场效应管，包括在ｎ型或ｐ型衬底１上生长一ｐ型或ｎ型钙钛矿氧化物材料层，在ｐ型或ｎ型钙钛矿氧化物材料层上刻蚀一槽，该槽一侧的钙钛矿氧化物材料层为源极，另一侧的钙钛矿氧化物材料层为漏极，在源极、漏极和槽上沉积栅绝缘材料，并且在源极和漏极之上的栅绝缘材料部分分别刻蚀一源电极引线孔和漏电极引线孔，在该源电极引线孔内制备源电极，在漏电极引线孔内制备漏电极，在栅绝缘材料上制备栅电极７。源极和漏极还可以由两层或两层以上的钙钛矿氧化物ｐ－ｎ异质结材料组成。本发明专利技术提供的硅和氧化物场效应管不仅把钙钛矿氧化物和硅电子学结合起来，具有功能特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种场效应管器件，特别是涉及一种具有功能特性的异质结 场效应管。
技术介绍
锗硅p-n结的发现，尤其是以三极管和场效应管为基础元件的半导体集 成电路的发展，使人类的生产、工作和生活均发生了革命性的巨大变化。尽 管硅半导体场效应管在电子学元件和集成电路中已得到非常广泛的应用，但 锗和硅场效应管都是由p型和n型的同质锗或硅组成，因而不仅结构比较单一， 而且功能也主要局限于电和光的特性。如文献l:《孩i电子学概论》，张兴等 编著，(北京大学出版社2000年版)中所介绍的；文献2:《半导体器件物理 与工艺》，(美)施敏著，赵鹤鸣等译，苏州大学出版社2002年版；和文献3: 《半导体器件》(日)正田英介主编，春木弘编著，科学出版社2001年版)， 已难以满足飞速发展的信息技术的要求。尽管人们也在探索氧化物的场效应 管(文献4: Field effect transistor based on KTa03 Perovskite, K. Ueno, et al， Appl. Phys. Lett" 84， 3726 (2004); 文献5: Field effect transistor on Sti03 with sputtered A1203 gate insulator, K. Ueno， et al， 83， 1755 (2003);文献5: Characterization of HfTa03 films for gate oxide and metal-ferroelectric-insulator-silicon device application, Xu-bing Lu， et al， J. Appl. Phys. ， 103， 004105 (2008))， <旦到目前为止， 其特性较差，距应用的要求还相差甚远。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述锗硅场效应管结构和功能单一的不足以及氧化 物场效应管目前特性较差等缺点，提供一种在单晶硅衬底上设置氧化物层组 成的硅和氧化物场效应管。该硅和氧化物场效应管^^巴钩钛矿氧化物的功能特 性和硅电子学的特性相结合，实现具有不同功能特性的可实用的硅和氧化物 场效应管。本专利技术提供的硅和氧化物场效应管包括衬底l、源极2、漏极3、栅绝 缘材料层4、源电极5、漏电极6和栅电极7;其特征在于，所述的衬底l是 n型或p型硅单晶基片；其中所述的在n型或p型衬底1上生长一 p型或n型钩钛矿氧化物材料 层，即如果衬底l是p型的硅单晶材料，源极2和漏极3就是n型的钓钛矿 氧化物材料；如果衬底1是n型的硅单晶材料，源极2和漏极3就是p型的 钙钛矿氧化物材料；并在所述的p型或n型钓钛矿氧化物材料层上刻蚀一槽， 该槽一侧的钙钛矿氧化物材料层为源极2，另一侧的钾钛矿氧化物材料层为 漏极3,在所述的源极2、漏极3和所述的槽上沉积所述的栅绝缘材料层4， 并且在源极2和漏极3之上的栅绝缘材料层4部分分别刻蚀一源电极引线孔 和漏电极引线孔，在该源电极引线孔内制备所述的源电极5,在漏电极引线 孔内制备所述的漏电极6,在所述的栅绝缘材料层4上制备所述的栅电极7; 所述的源极2和漏极3是4丐钛矿氧化物材料； 所述的栅绝缘材料层4为非晶的Si02材料； 所述的源电极5、漏电极6和栅电极7为导电金属层。 在上述的技术方案中，所述的源极2和漏极3为一层钩钛矿氧化物材料， 称之为普通型的硅和氧化物场效应管；所述的源极2和漏极(3 )为两层和两层以上的钓钬矿氧化物p-n异质结材料组成，称之为功能增强型的硅和氧化 物场效应管。在上述的技术方案中，所述的钙钛矿氧化物材料包括掺杂的SrTi03、 掺杂的BaTi03、掺杂的锰酸盐或BiFe03;在上述的技术方案中，所述的n型掺杂SrTi03是SrAxTih03、 SivxLaJi03 或SrTi03—s,其中A是Nb或Sb或Ta。在上述的技术方案中，所述的p型掺杂SrTi03是SrBJihO"其中B是 In或Mn;在上述的技术方案中，所述的n型掺杂BaTi03是BaC;Hh03、 Ba^La;Ti03 或BaTi03-s，其中C是Nb或Sb或Ta。在上述的技术方案中，所述的p型BaTi03是BaDxTihO"其中D是In或Mn;在上述的技术方案中，所述的n型摻杂锰酸盐是Lai—xExMn03,其中E是 Te或Nb或Sb或Ta。在上述的技术方案中，所述的p型掺杂锰酸盐是Lai-xFxMn03,其中F是 Sr或Ca或Ba或Pr。所有x的取值范围为0.005-0.5。下面对制作硅和氧化物场效应管的具体做法做进一步的说明对于普通型的硅和氧化物场效应管，是用n型硅单晶基片做衬底，在n型 的衬底上外延生长一层p型钙钛矿氧化物薄膜，也可以用p型硅单晶基片做衬 底，在p型衬底上外延生长一层n型的钧钛矿氧化物薄膜；然后采用化学腐蚀 或离子束刻蚀的方法，在外延生长的p型的钙钬矿氧化物薄膜上制作出沟道， 沟道两边的p型4丐钛矿氧化物薄膜分别做源极和漏极。再在制作了沟道的源 极、漏极和衬底上沉积非晶的Si(M故栅绝缘材料层。沉积非晶的Si02栅绝缘材6料层后，再采用化学腐蚀或离子束刻蚀的方法，腐蚀或刻蚀出源极和漏极电 极引线孔。最后在表面上蒸镀金属薄膜，腐蚀或刻蚀出源电极、漏电极和栅 极电极。制作普通型回答硅和氧化物场效应管。对于功能增强型的硅和氧化物场效应管，是用n型或p型硅单晶基片做衬 底，在n型或p型^"底上外延生长两层或两层以上的p型和n型交替叠层的4丐钛 矿氧化物薄膜，然后采用化学腐蚀或离子束刻蚀的方法，把在n型衬底上外延 生长的多层钙钛矿氧化物p-n异质结制作出沟道，沟道两边的钩钛矿氧化物 p-n多层异质结分别做源极和漏极。再在制作了沟道的多层钩钬矿氧化物薄膜 和衬底上沉积非晶的S i 02做栅绝缘材料层。在沉积非晶的S i02栅绝缘材料层 后，再采用化学腐蚀或离子束刻蚀的方法，腐蚀或刻蚀出源极和漏极电极引 线孔。最后在表面上蒸镀金属薄膜，腐蚀或刻蚀出源电极、漏电极和栅极电 极，制作功能增强型硅和氧化物场效应管。本专利技术的优点在于本专利技术提供的具有功能特性的异质结场效应管，由于采用n型或p型单 晶硅做衬底，在n型或p型的衬底上相应生长p型或n型的钩《太矿氧化物， 是一种异质结结构的场效应管，由于钙钛矿结构氧化物材料具有介电、铁电、 光电、压电、热电、超导、巨f兹电阻及非线性光学等特性和效应，这样的结 合不仅把钓钛矿氧化物的功能特性和硅电子学联系起来，而且可按照不同的 特性和要求，选:f又不同的氧化物材料制作具有不同功能的场效应管。由于不同 的结构具有光、磁、电、铁电等不同的特性，因而在电子学和控制与探测等 方面具有广泛的应用。另外，本专利技术提供的具有功能特性的异质结场效应管，可以将n型和p 型的钙钬矿氧化物层交替生长在一起做场效应管的源极和漏极，做成功能增强型的异质结场效应管。把多层的n型和p型的钙钛矿氧化物层交替生长在 一起，由于其界面效应具有增强功能的特性，因而可以得到一层薄膜所不具 有的功能，并可实现功能的集成和功能可调控。因此可以根据要求设计和组 合钙钛矿氧化物层，实现不同的功能器件，在电子学电路和一些探测与控制 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有功能特性的异质结场效应管，衬底（１）、源极（２）、漏极（３）、栅绝缘材料层（４）、源电极（５）、漏电极（６）和栅电极（７）；其特征在于，所述的衬底（１）是ｎ型或ｐ型硅单晶基片；　所述的源电极（５）、漏电极（６）和栅电极（７）为 导电金属层；　其中所述的在ｎ型或ｐ型衬底（１）上生长一ｐ型或ｎ型钙钛矿氧化物材料层，并在所述的ｐ型或ｎ型钙钛矿氧化物材料层上刻蚀一槽，该槽一侧的钙钛矿氧化物材料层为源极（２），另一侧的钙钛矿氧化物材料层为漏极（３），在所述的ｐ型或ｎ型 源极（２）、漏极（３）和所述的槽上沉积所述的栅绝缘材料层（４），并且在源极（２）和漏极（３）之上的栅绝缘材料层（４）部分分别刻蚀一源电极引线孔和漏电极引线孔，在该源电极引线孔内制备所述的源电极（５），在漏电极引线孔内制备所述的漏电极（６），在所述的栅绝缘材料层（４）上制备所述的栅电极（７）；　所述的源极（２）和漏极（３）是钙钛矿氧化物材料；　所述的栅绝缘材料层（４）为非晶的ＳｉＯ↓［２］材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕惠宾，杨芳，何萌，金奎娟，杨国桢，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：11[]