本发明专利技术公开了一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管及制备方法，属于半导体器件技术领域，解决了增强型的Ga2O3器件难以制作实现的问题。晶体管包括逐层连接的衬底层、沟道层和电极层。沟道采用机械剥离法或外延法制作Ga2O3薄膜得到，相比于其他制备方法简单易操作，在此基础上，衬底能够在大范围内选择具备良好兼容性的材料，基于电荷存储栅的结构对沟道电导的影响极小，二维铁电栅作为电荷存储栅，利用其面内、面外自发的极化效应收集沟道载流子并耗尽沟道，实现增强型的Ga2O3器件。器件。器件。
【技术实现步骤摘要】
一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管及制备方法
[0001]本专利技术属于半导体器件
，具体地，涉及一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管及制备方法。
技术介绍
[0002]Ga2O3作为新兴的超宽禁带半导体材料，其禁带宽度达4.5
‑
4.9eV且临界击穿场强高达约8MV/cm，理论上的功率能够达到SiC和GaN的两倍以上；同时，低的电离率和极低的理论导通电阻导致其用于单极型器件的损耗也远低于SiC和GaN；Ga2O3有着α、β、γ、δ和ε五种晶体形态，β
‑
Ga2O3由于化学上的稳定性和物理上的直接带隙而受到广泛的研究和应用。β
‑
Ga2O3属单斜晶系，材料透明且可延(100)面解理成膜，使得Ga2O3器件可以通过简单的机械剥离法来制作；可剥离为纳米薄膜的特性以及高理论功率，使得Ga2O3在电力电子器件方面具有独特优势。但与此同时还面临着诸多困难，除了自热效应显著、p型掺杂不易实现、低的迁移率之外，增强型的Ga2O3器件难以制作实现是最亟待解决的问题之一，因为Ga2O3器件为实际功率开关应用中范围较广的首选器件。
技术实现思路
[0003]为解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0005]一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管，包括逐层连接的衬底层、沟道层和电极层，所述电极层包括栅电极模块、源电极和漏电极，所述栅电极模块设置于沟道层的顶面，所述源电极和漏电极设置于栅电极模块的相对两侧并与沟道层的顶面连接，所述栅电极模块包括电荷隧穿层、电荷存储栅和栅电极，所述电荷隧穿层设置于沟道层的顶面，所述栅电极设置于电荷隧穿层的顶面，所述电荷存储栅嵌设于电荷隧穿层和栅电极之间。
[0006]本专利技术的目的还在于提供一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管的制备方法，该制备方法应用于所述的一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管，包括以下步骤：
[0007]步骤1：取样衬底原始材料，依次利用丙酮、异丙醇和去离子水对衬底原始材料的表面进行清洗，得到表面洁净的衬底；
[0008]步骤2：将块状的β
‑
Ga2O3晶体置于第一胶带上，反复对撕得到二维的β
‑
Ga2O3晶体即Ga2O3薄膜，通过第二胶带转移第一胶带上的Ga2O3薄膜，并在光学显微镜下选取厚度合适的Ga2O3薄膜；
[0009]步骤3：转移Ga2O3薄膜至衬底的表面，Ga2O3薄膜作为沟道；
[0010]步骤4：将衬底表面匀涂光刻胶，经过前烘、掩模、光刻和显影后，并利用去离子水漂洗和氮气吹干，形成开孔的源漏区域；
[0011]步骤5：在开孔的源漏区域淀积金属，将淀积金属后的样品放入剥离液中，经过剥离形成源电极和漏电极；
[0012]步骤6：将剥离后的样品退火，形成源电极和漏电极的欧姆接触；
[0013]步骤7：处理后得到电荷隧穿层；
[0014]步骤8：处理得到的铁电栅薄膜作为电荷存储栅；
[0015]步骤9：将栅电极沉积在第二胶带上，并加热第二胶带，栅电极对准且完全覆盖电荷存储栅，停留60s后撕下第二胶带，转移栅电极至电荷存储栅的顶面，形成栅电极的肖特基接触，再次利用丙酮、异丙醇和去离子水清洗样品，完成器件的制作。
[0016][0017]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤1的衬底采用SiO2/p
+
Si构成，或衬底采用金刚石构成。
[0018]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤2的β
‑
Ga2O3晶体，掺杂类型应为n型，掺杂浓度为1
×
10
16
‑2×
10
18
cm
‑3范围内，厚度为100
‑
500nm。
[0019]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤3的沟道采用机械剥离法制作，或沟道采用外延法制作。
[0020]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤5的金属采用Ti/Au构成。
[0021]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤6的形成欧姆接触的退火温度为450
‑
480℃，退火时间为60
‑
90s。
[0022]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤7的电荷隧穿层采用机械剥离h
‑
BN制作，或电荷隧穿层采用Al2O3制作。
[0023]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤8的铁电栅薄膜采用机械剥离In2Se3制作，或铁电栅薄膜采用旋涂P(VDF
‑
TrFE)制作。
[0024]作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤9的栅电极采用蒸镀的Mo/Au构成。
[0025]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0026]1、沟道采用机械剥离法或外延法制作Ga2O3薄膜得到，相比于其他制备方法简单易操作，且具备界面质量高、低漏电通道和低密度缺陷等方面的优势；
[0027]2、在此基础上，因为Ga2O3薄膜作为沟道，所以衬底能够在大范围内选择具备良好兼容性的材料，若衬底采用具有高导热性的金刚石构成，能够有效抑制Ga2O3器件因散热性差导致的自热效应；
[0028]3、基于电荷存储栅的结构对沟道电导的影响极小，避免干法刻蚀等带来的栅电极损伤影响载流子的迁移率及器件的可靠性；
[0029]4、二维铁电栅作为电荷存储栅，利用其面内、面外自发的极化效应收集沟道载流子并耗尽沟道，实现增强型的Ga2O3器件。
附图说明
[0030]为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0031]图1为本专利技术的器件结构侧视图；
[0032]图2为本专利技术的器件结构俯视图；
[0033]图3为本专利技术的工艺流程图。
[0034]附图标记说明：
[0035]1、衬底层；2、沟道层；3、电荷隧穿层；4、电荷存储栅；5、栅电极；6、源电极；7、漏电
极。
具体实施方式
[0036]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0037]请参阅图1
‑
2，本专利技术提供一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管，包括逐层连接的衬底层1、沟道层2和电极层，所述电极层包括栅电极模块、源电极6和漏电极7，所述栅电极模块设置于沟道层2的顶面，所述源电极6和漏电极7设置于栅电极模块的相对两侧并与沟道层2的顶面连接，所述栅电极模块包括电荷隧穿层3、电荷存储栅4和栅电极5，所述电荷隧穿层3设置于沟道层2的顶面，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管，其特征在于：包括逐层连接的衬底层(1)、沟道层(2)和电极层，所述电极层包括栅电极模块、源电极(6)和漏电极(7)，所述栅电极模块设置于沟道层(2)的顶面，所述源电极(6)和漏电极(7)设置于栅电极模块的相对两侧并与沟道层(2)的顶面连接，所述栅电极模块包括电荷隧穿层(3)、电荷存储栅(4)和栅电极(5)，所述电荷隧穿层(3)设置于沟道层(2)的顶面，所述栅电极(5)设置于电荷隧穿层(3)的顶面，所述电荷存储栅(4)嵌设于电荷隧穿层(3)和栅电极(5)之间。2.一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管的制备方法，该制备方法应用于如权利要求1所述的一种二维氧化镓铁电栅增强型场效应晶体管，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：取样衬底原始材料，依次利用丙酮、异丙醇和去离子水对衬底原始材料的表面进行清洗，得到表面洁净的衬底；步骤2：将块状的β
‑
Ga2O3晶体置于第一胶带上，反复对撕得到二维的β
‑
Ga2O3晶体即Ga2O3薄膜，通过第二胶带转移第一胶带上的Ga2O3薄膜，并在光学显微镜下选取厚度合适的Ga2O3薄膜；步骤3：转移Ga2O3薄膜至衬底的表面，Ga2O3薄膜作为沟道；步骤4：将衬底表面匀涂光刻胶，经过前烘、掩模、光刻和显影后，并利用去离子水漂洗和氮气吹干，形成开孔的源漏区域；步骤5：在开孔的源漏区域淀积金属，将淀积金属后的样品放入剥离液中，经过剥离形成源电极和漏电极；步骤6：将剥离后的样品退火，形成源电极和漏电极的欧姆接触；步骤7：处理后得到电荷隧穿层；步骤8：处理得到的铁电栅薄膜作为电荷存储栅；步骤9：将栅电极沉积在第二胶带上，并加热第二胶带，栅电极对准且完全覆盖电荷存储栅，停留60s后撕下第二胶带，转移栅电极至电荷存储栅的顶面，形成栅电极的肖特基接触，再次利用丙酮、异丙醇和去离子水清洗...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯欣，赵江涵，周弘，张苇杭，刘志宏，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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