基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器及其制作方法技术

一种基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器，包括：一衬底，为半绝缘ＧａＡｓ衬底或者半绝缘Ｓｉ衬底；一复合缓冲层，该复合缓冲层为十字结构，该复合缓冲层生长在衬底上的中间部位；一下势垒层，该下势垒层生长在十字结构的复合缓冲层上；一下掺杂层，该下掺杂层生长在十字结构下势垒层上；一下隔离层，该下隔离层生长在十字结构的下掺杂层上；一沟道层，该沟道层生长在十字结构下隔离层上；一上隔离层，该上隔离层生长在十字结构沟道层上；一上掺杂层，该上掺杂层生长在十字结构上隔离层上；一上势垒层，该上势垒层生长在十字结构上掺杂层上；一帽层，该帽层生长在十字结构上势垒层上；欧姆接触电极，制作在十字结构的帽层的四端部的上面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别是指
技术介绍
电子迁移率越高越可以提高半导体磁敏型传感器的灵敏度，其输出功率是和电子迁移率平方成正比的，二维电子气材料是基于调制掺杂实现载流子和电离施主在空间上分离，从而实现高电子迁移率的异质结构，其基本结构是由两层具有不同禁带宽度的半导体材料组成，一种是高掺杂的宽禁带材料，另一种是不掺杂的窄禁带材料。为使费米能级达到同一水平，电子从宽禁带材料向窄禁带材料转移，在宽禁带的一侧形成电子的耗尽层，产生强电场，从而导致窄带材料的能带发生弯曲，形成一个类三角形势阱，在窄禁带一侧积累的电子便束缚在这个势阱中。三角形势阱中的电子在垂直界面的方向上运动是量子化的，而在平行于界面的方向上电子运动是自由的，所以是一种二维电子气体系。由于电子远离电子杂质散射影响，因此可以获得非常高的电子迁移率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，该种结构的半导体磁敏型传感器采用独创的大失配外延技术优化生长，使得薄膜材料可以获得极高的电子迁移率，有效提高了半导体磁敏型传感器的灵敏度。本专利技术提供一种基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器，包括一衬底，为半绝缘GaAs衬底或者半绝缘Si衬底；一复合缓冲层，该复合缓冲层为十字结构，该复合缓冲层生长在衬底上的中间部位；—下势垒层，该下势垒层生长在十字结构的复合缓冲层上；一下掺杂层，该下掺杂层生长在十字结构下势垒层上；一下隔离层，该下隔离层生长在十字结构的下掺杂层上；一沟道层，该沟道层生长在十字结构下隔离层上；一上隔离层，该上隔离层生长在十字结构沟道层上；一上掺杂层，该上掺杂层生长在十字结构上隔离层上；一上势垒层，该上势垒层生长在十字结构上掺杂层上；一帽层，该帽层生长在十字结构上势垒层上；欧姆接触电极，制作在十字结构的帽层的四端部的上面。。本专利技术还提供一种基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器的制作方法，包括以下步骤步骤1 取一衬底，为半绝缘GaAs衬底或者半绝缘Si衬底；步骤2 在衬底上依次生长一复合缓冲层、下势垒层、下掺杂层、下隔离层、沟道层、上隔离层、上掺杂层、上势垒层和帽层，形成外延片；步骤3 将外延片退火，退火温度为150_250°C ；步骤4 涂光刻胶，对外延片的表面进行光刻，形成十字图形；步骤5 干法刻蚀或者湿法腐蚀，按照图形腐蚀掉外延片四角的部分，使其中间部分成为十字结构，腐蚀深度到达衬底的表面，去除残余的光刻胶；步骤6 再涂光刻胶，光刻外延片，形成新的图形，在外延片上蒸镀金属；步骤7 剥离金属，在N2保护下退火，使十字结构帽层的四端部的上面形成欧姆接触电极，完成器件的制备。附图说明为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明，其中图1是本专利技术的基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器结构示意图；图2是本专利技术的基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器的复合缓冲层21的结构示意图；图3是本专利技术的基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器的复合缓冲层22的结构示意图；图4是本专利技术的基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器的复合缓冲层23的结构示意图。具体实施例方式请参阅图1至图4所示，本专利技术提供一种基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器，包括一衬底10，为半绝缘GaAs衬底或者半绝缘Si衬底(参阅图1)；一复合缓冲层20，该复合缓冲层20为十字结构，该复合缓冲层20生长在衬底10 上的中间部位，所述的复合缓冲层20包括(参阅图2)依次生长的GaAs缓冲层210、AlSb/ GaSb超晶格211和台阶式变Al组分Alx^vxSb层212 ；参阅图3，或者依次生长的GaAs缓冲层220、AlSb/GaSb超晶格221、GaSb缓冲层222和AlxGahAsySlvy缓冲层223 ；参阅图 4，或者依次生长的GaAs缓冲层230、低温AlSb层231、feiSb层232和AlxGahAsySlvy缓冲层233，所述的GaAs缓冲层20中复合缓冲层210的厚度为0-200nm ；或所述的GaAs缓冲层 20中GaAs缓冲层220的厚度为0-200nm ；或所述的GaAs缓冲层20中复合缓冲层230的厚度为0-200nm，所述的GaAs缓冲层20中AlSb/feSb超晶格缓冲层211其单个周期厚度为 O-IOnm, 50-100个周期，厚度总共为200_1000nm ；所述的GaAs缓冲层20中AlSVGaS3超晶格缓冲层221其单个周期厚度为O-lOnm，50-100个周期，厚度总共为200-1000nm ；所述的GaAs缓冲层20中低温AlSb层231在200-400度生长，厚度为1-lOOnm，所述GaAs缓冲层20中台阶式变Al组分AlxGai_xSb缓冲层212每个台阶的厚度为lOOnm，共200-1000nm， AlxGa1^xSb缓冲层212的χ值为0-1. 0，AlxGa1^xSb缓冲层212每层之间χ值变化为0. 1 ；或者GaAs缓冲层20中GaSb缓冲层222厚度为50_200nm ；或者GaAs缓冲层20中GaSb缓冲层232的厚度为O-lOOOnm，所述GaAs缓冲层20中AlxGahAsySlvy缓冲层223的厚度为6100-2000nm, χ 值为 0-1. 0，y 值为 0-1. 0 ；或者 GaAs 缓冲层 20 中 AlxGahAsy^vy 缓冲层 233 厚度为 0-500nm, χ 值为 0-1. 0，y 值为 0-1. 0 ；照我们独特设计的多种复合缓冲层结构、生长条件可极大减小晶格失配带来的穿透位错密度(包括60°和90°位错)，晶体缺陷，能有效提高缓冲层上面各层晶体质量及晶体表面平整度，对提高半导体磁敏型传感器灵敏度起到十分关键的作用。对于复合缓冲层20包括(参阅图2)依次生长的GaAs缓冲层210、AlSb/GaSb 超晶格211和台阶式变Al组分Alx^vxSb层212。其中GaAs缓冲层可以有效平滑衬底本身机械损伤带来的晶体缺陷，AlSb/feSb超晶格缓冲层可以阻断一部分穿透位错，生长台阶式变组分Alx^vxSb缓冲层可以将晶格常数过渡到沟道晶体材料的晶格常数，同时每层 AlxGal-xSb均可以阻断一部分位错，通过这3层缓冲层的生长可极大提高缓冲层上面各层晶体质量。对于复合缓冲层20包括(参阅图幻依次生长的GaAs缓冲层220、AlSb/GaSb超晶格221、GaSb缓冲层222和AlxGahAsySlvy缓冲层223。通过生长GaAs、AlSb/GaSb超晶格可减小一部分穿透位错，最关键的是，在这2层缓冲层上生长(iaSb缓冲层为后续生长 AlxGiVxAsySlVy缓冲层提供了原子级平整的界面，生长AlxGiVxAsySlVy层可以继续提高缓冲层上各层晶体质量。对于复合缓冲层20包括(参阅图4)依次生长的GaAs缓冲层230、低温AlSb 层231、feiSb层232和AlxGahAsySlvy缓冲层233。其中低温AlSb层为成核层，在这一缓冲层中集中释放应力，释放失配位错，在低温AlSb层上生长较厚的(iaSb层是为生长 AlxGiVxAsySlVy层的过渡层材料、AlxGiihAsySlvy层可进一步提高缓冲层上各层晶体质量， 同时提高晶体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于二维电子气材料的半导体磁敏型传感器，包括：一衬底，为半绝缘ＧａＡｓ衬底或者半绝缘Ｓｉ衬底；一复合缓冲层，该复合缓冲层为十字结构，该复合缓冲层生长在衬底上的中间部位；一下势垒层，该下势垒层生长在十字结构的复合缓冲层上；一下掺杂层，该下掺杂层生长在十字结构下势垒层上；一下隔离层，该下隔离层生长在十字结构的下掺杂层上；一沟道层，该沟道层生长在十字结构下隔离层上；一上隔离层，该上隔离层生长在十字结构沟道层上；一上掺杂层，该上掺杂层生长在十字结构上隔离层上；一上势垒层，该上势垒层生长在十字结构上掺杂层上；一帽层，该帽层生长在十字结构上势垒层上；欧姆接触电极，制作在十字结构的帽层的四端部的上面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张杨，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11