申請?zhí)枺?01710188701.6
       申請人：西安交通大學(xué)
       發(fā)明人：王宏興 王艷豐 王瑋 常曉慧 李碩業(yè) 張景文 卜忍安 侯洵

       摘要： 本發(fā)明公開了一種金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，包括金剛石襯底，上設(shè)置有單晶金剛石外延薄膜，單晶金剛石外延薄膜的表面設(shè)置有源區(qū)以及包圍有源區(qū)的器件隔離區(qū)，有源區(qū)為二維空穴氣，有源區(qū)的上方依次間隔設(shè)置有源極、柵極和漏極，有源區(qū)的表面設(shè)置有導(dǎo)電溝道；導(dǎo)電溝道包括氫終端與氧終端、或氫終端與氟終端交替設(shè)置的溝道，通過表面處理技術(shù)調(diào)節(jié)所述導(dǎo)電溝道的氧化或氟化程度的強弱，進(jìn)而調(diào)節(jié)對氧終端或氟終端臨近的氫終端部分的耗盡程度，實現(xiàn)柵偏壓零時器件的關(guān)斷特性，以提供一種可以在高壓、高頻電子領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的常關(guān)型器件。        主權(quán)利要求：1.金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括金剛石襯底(1)，所述(1)上設(shè)置有單晶金剛石外延薄膜(2)，所述單晶金剛石外延薄膜(2)的表面經(jīng)過處理后劃分為有源區(qū)(3)以及包圍有源區(qū)(3)的器件隔離區(qū)(7)，所述有源區(qū)(3)為二維空穴氣，所述有源區(qū)(3)的上方依次間隔設(shè)置有源極(4)、柵極(6)和漏極(5)，所述有源區(qū)(3)的表面設(shè)置有導(dǎo)電溝道；所述導(dǎo)電溝道包括氫終端與氧終端、或氫終端與氟終端交替設(shè)置的溝道，通過表面處理技術(shù)調(diào)節(jié)所述導(dǎo)電溝道的氧化或氟化程度的強弱，進(jìn)而調(diào)節(jié)對氧終端或氟終端臨近的氫終端部分的耗盡程度，實現(xiàn)柵偏壓零時器件的關(guān)斷特性。
       2.如權(quán)利要求1所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道包括交替設(shè)置的橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)，所述橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)的兩端分別指向源極(4)和漏極(5)。
       3.如權(quán)利要求2所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的橫向溝道隔離區(qū)(8)為有源區(qū)(3)經(jīng)過選擇性表面處理技術(shù)處理后所形成的區(qū)域，其電阻率大于100MΩ·cm。
       4.如權(quán)利要求1所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道包括從所述源極(4)向所述漏極(5)方向依次交替設(shè)置的縱向溝道隔離區(qū)(10)和縱向氫終端溝道區(qū)(11)。
       5.如權(quán)利要求4所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述的縱向溝道隔離區(qū)(10)為有源區(qū)(3)經(jīng)過選擇性表面處理技術(shù)處理后所形成的區(qū)域，其電阻率大于10-2Ω·cm。
       6.如權(quán)利要求2或3所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述導(dǎo)電溝道為條狀、圓形的凹槽、方形的凹槽或三角形的凹槽。
       7.一種如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、對金剛石襯底(1)進(jìn)行酸堿處理，并吹干；步驟2、在金剛石襯底(1)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(2)；步驟3、對單晶金剛石外延薄膜(2)進(jìn)行氫化處理，在其表面得到二維空穴氣，即形成有源區(qū)(3)；步驟4、對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技術(shù)、金屬沉積技術(shù)和剝離技術(shù)在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成源極(4)和漏極(5)；步驟5、遮蓋單晶金剛石外延薄膜(2)表面有源區(qū)(3)，然后對器件進(jìn)行電學(xué)隔離，圍繞有源區(qū)(3)形成器件隔離區(qū)(7)，然后清洗電學(xué)隔離后的樣品；步驟6、在有源區(qū)(3)制造橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)圖形，然后使用表面處理技術(shù)對其處理，然后清洗樣品表面；或在有源區(qū)(3)制造縱向溝道隔離區(qū)(10)和縱向氫終端溝道區(qū)(11)圖形，然后使用表面處理技術(shù)對其處理，然后清洗樣品表面；步驟7、在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成柵極(6)，得到金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管。
       8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟6表面處理技術(shù)使用氧等離子、氟等離子或臭氧處理單晶金剛石外延薄膜(2)裸露表面，使橫向溝道隔離區(qū)(8)的電阻率大于100MΩ·cm，縱向溝道隔離區(qū)(10)電阻率大于10-2Ω·cm。
       9.一種如權(quán)利要求1-6中任意一項所述的金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、對金剛石襯底(1)進(jìn)行酸堿處理，并吹干；步驟2、在金剛石襯底(1)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(2)；步驟3、對單晶金剛石外延薄膜(2)進(jìn)行氫化處理，在其表面下得到二維空穴氣，即形成有源區(qū)(3)；步驟4、對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技術(shù)、金屬沉積技術(shù)和剝離技術(shù)在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成源極(4)、漏極(5)、橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)的金屬圖形；或形成源極(4)、漏極(5)、縱向溝道隔離區(qū)(10)和縱向氫終端溝道區(qū)(11)的金屬圖形；步驟5、利用表面處理技術(shù)對步驟4樣品進(jìn)行處理，形成橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)以及有源區(qū)(3)；或利用表面處理技術(shù)對步驟4)樣品進(jìn)行處理，形成縱向溝道隔離區(qū)(10)和縱向氫終端溝道區(qū)(11)以及有源區(qū)(3)；步驟6、去除橫向溝道隔離區(qū)(8)金屬，并形成器件隔離區(qū)(7)，然后清洗樣品；或去除縱向溝道隔離區(qū)(10)金屬，并形成器件隔離區(qū)(7)，然后清洗樣品。步驟7、利用光刻技術(shù)、金屬沉積技術(shù)、剝離技術(shù)在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成柵極(6)，得到金剛石基常關(guān)型場效應(yīng)晶體管。
       10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟4中源極(4)、漏極(5)、橫向溝道隔離區(qū)(8)和橫向氫終端溝道區(qū)(9)、或縱向溝道隔離區(qū)(10)和縱向氫終端溝道區(qū)(11)的金屬圖形均為可被干法刻蝕或濕法刻蝕清除干凈的材料，且它們的厚度相同。