【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高电子迁移率晶体管，具体涉及一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件及其制备方法。
技术介绍
1、gan基高电子迁移率晶体管(high-electron-mobility transistor,hemt)由于其高电子迁移率和宽带隙而被广泛研究用于高频和功率应用。近年来，gan基cmos电路有望向具有节能和高密度集成的基于gan的集成电路和系统方向发展。然而gan基hemt的厚gan层和短沟道效应限制了gan沟道缩放的可能性。因此需要一种可重构gan基hemt作为替代器件。
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷中的至少一种而提供一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件及其制备方法，该器件可以实现增强和耗尽模式的切换，实现非常大的阈值电压调谐范围，且随电压扫描范围和脉冲参数的变化具有逆时针滞后，能进一步提高射频性能。
2、铁电材料与三族氮化物的结合是新兴的研究领域，将可切换极化方向的铁电材料与hemt相结合可以实现对存储器和可重构射频/微波应用的动态和非易失性阈值电压控制，并且通过调整铁电层的极化强度可以帮助耗尽通道中的载流子，用于增强模式hemt。此外铁电栅极堆叠已被证明以负电容场效应晶体管的形式增强栅极可控性。而p-gan栅极是被广泛采用的实现常关型gan基hemt的方法，在这种方法中，栅极下沟道处的algan/gan的导带被栅极p型掺杂的gan提升，耗尽栅极下的二维电子气(two-dimensional-ele
3、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
4、本专利技术目的之一在于一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，包括衬底，以及依次堆叠在衬底上的成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，还包括依次堆叠在势垒层上的p-gan层、铁电薄膜层和栅极电极；
5、覆盖于缓冲层背离成核层一侧上表面的源极电极和漏极电极，二者相对布置，并均沿其垂直方向依次贯穿沟道层和势垒层；
6、所述源极电极、漏极电极、势垒层、p-gan层、铁电薄膜层和栅极电极上覆盖有钝化层；
7、所述钝化层上端面设置有源极接触点、漏极接触点和栅极接触点，所述源极接触点、漏极接触点和栅极接触点与对应的源极电极、漏极电极和栅极电极通过设置于钝化层内的导电材料相连。
8、进一步地，所述钝化层开设有与源极电极、漏极电极和栅极电极相连通的第一通孔，第二通孔和第三通孔；所述源极接触点通过填充于第一通孔内的导电材料与源极电极相连；所述漏极接触点通过填充于第三通孔内的导电材料与漏极电极相连；所述栅极接触点通过填充于第二通孔内的导电材料与栅极电极相连。
9、进一步地，所述p-gan层通过掺杂mg离子形成p型掺杂，掺杂浓度为3×1017～5×1019cm-3。优选地，所述p-gan层的厚度为50～100nm。
10、进一步地，所述铁电薄膜层包括掺钪氮化铝铁电层、铌酸锂铁电层、钛酸钡铁电层、锆钛酸铅铁电层或掺锆氧化铪铁电层中的一种或多种。优选地，所述铁电薄膜层的厚度为5～50nm。
11、对于hemt器件：
12、本专利技术中，所述衬底包括si衬底、sic衬底或蓝宝石衬底中的一种或多种；
13、本专利技术中，所述成核层为aln成核层；
14、本专利技术中，所述缓冲层为gan缓冲层；
15、本专利技术中，所述沟道层为gan沟道层；
16、本专利技术中，所述势垒层为algan势垒层；
17、本专利技术中，所述钝化层为sixny钝化层。
18、本专利技术中，所述成核层的厚度为20～200nm；
19、本专利技术中，所述缓冲层的厚度为1～5μm；
20、本专利技术中，所述沟道层的厚度为10～300nm；
21、本专利技术中，所述势垒层的厚度为20～50nm；
22、本专利技术中，所述钝化层的厚度为120～200nm。
23、本专利技术中，所述栅极电极的材质包括mo、ni、ti或au中的一种或多种；
24、本专利技术中，所述源极电极和漏极电极的材质均包括ti、al、ni或au中的一种或多种；
25、本专利技术中，所述导电材料的材质包括au、cu、ni、wu、al或ti中的一种或多种。
26、本专利技术目的之二在于一种如权利要求1-9任一项所述铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件的制备方法，其特征在于，包括：
27、s1、由下至上依次设置衬底、成核层和缓冲层，得到外延片；
28、s2、在外延片上通过金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapordeposition，mocvd)生长出沟道层和势垒层；
29、s3、在势垒层上涂抹光刻胶并在源极与漏极处进行曝光显影，然后进行电感耦合等离子体反应离子刻蚀(icp-rie)出源极区域和漏极区域，接着通过电子束蒸发沉积源极金属和漏极金属，取出并在至少600℃的氮气环境中退火至少5分钟形成欧姆接触，从而形成源极电极和漏极电极；
30、s4、采用金属有机化学气相沉积在缓冲层上沉积gan层，将掺杂离子注入gan层并退火，形成p-gan层；
31、s5、采用物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)在p-gan层上沉积铁电薄膜层，再沉积栅极金属，以形成栅极电极；
32、s6、使用栅极作为自对准掩膜进行化学刻蚀，保留栅结构区域；
33、s7、采用等离子体增强化学气相沉积(plasma enhanced chemical vapordeposition，pecvd)方法沉积钝化层；
34、s8、刻蚀钝化层形成第一通孔、第二通孔和第三通孔，并往三个通孔内沉积导电材料；
35、s9、在钝化层上沉积导电材料并进行图形化，形成源极接触点、漏极接触点和栅极接触点，即得铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件。
36、与现有技术相比，本专利技术能够制备铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，实现增强和耗尽模式的切换，具有非常大的阈值电压调谐范围，且随电压扫扫描范围和脉冲参数的变化具有逆时针滞后，能进一步提高射频性能。
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1.一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，包括衬底(101)，以及依次堆叠在衬底(101)上的成核层(102)、缓冲层(103)、沟道层(104)和势垒层(105)，其特征在于，还包括依次堆叠在势垒层(105)上的p-GaN层(201)、铁电薄膜层(202)和栅极电极(203)；
2.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，所述钝化层开设有与源极电极(106)、漏极电极(107)和栅极电极(203)相连通的第一通孔(1081)，第二通孔(1082)和第三通孔(1083)；
3.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，所述p-GaN层(201)通过掺杂Mg离子形成p型掺杂，掺杂浓度为3×1017～5×1019cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，所述p-GaN层(201)的厚度为50～100nm。
5.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，所述铁电
6.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，所述铁电薄膜层(202)的厚度为5～50nm。
7.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，
8.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，
9.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件，其特征在于，
10.一种如权利要求1-9任一项所述铁电薄膜与p-GaN栅极堆叠的HEMT器件的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，包括衬底(101)，以及依次堆叠在衬底(101)上的成核层(102)、缓冲层(103)、沟道层(104)和势垒层(105)，其特征在于，还包括依次堆叠在势垒层(105)上的p-gan层(201)、铁电薄膜层(202)和栅极电极(203)；
2.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，其特征在于，所述钝化层开设有与源极电极(106)、漏极电极(107)和栅极电极(203)相连通的第一通孔(1081)，第二通孔(1082)和第三通孔(1083)；
3.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，其特征在于，所述p-gan层(201)通过掺杂mg离子形成p型掺杂，掺杂浓度为3×1017～5×1019cm-3。
4.根据权利要求1所述的一种铁电薄膜与p-gan栅极堆叠的hemt器件，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：任青华，刘宇熙，刘鑫，丁泽新，张国明，钱青楠，周群辉，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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