【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件，具体涉及一种金刚石环栅场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
1、金刚石作为一种超宽禁带半导体材料，以其独特的物理和化学特性，在高温、高频、高功率电子器件领域展现出巨大的潜力。其室温下的间接带隙禁带宽度为5.47ev，使其在电子器件设计中具有显著的优势，尤其是在能够承受高电压、高功率密度的场合。金刚石的高击穿电场、高功率容量和极高的热导率，为电子器件提供了更好的散热性能，从而提高了器件的稳定性和可靠性。金刚石的高热导率是其最引人注目的特性之一，其热导率大约是铜的5倍，这使得它在散热要求极高的应用中表现出色。例如，在高功率电子设备中，金刚石能够快速散热，有效防止器件过热失效。此外，金刚石的高硬度和化学稳定性，使其在恶劣环境下的性能保持稳定，尤其在工业和军事应用领域具有重要价值。
2、然而，现有的金刚石场效应晶体管在实际应用中面临多方面的挑战。首先，由于掺杂金刚石场效应晶体管的激活能较高，导致载流子浓度偏低，从而限制了其在微波功率器件中的性能提升。其次，氢终端金刚石场效应晶体管通过氢等离子体处理金刚石表面形成碳氢化学键，虽然推进了金刚石器件的发展，但工艺过程中需避免光刻胶污染、等离子体能量过高或含氧气氛介质沉积等，严重限制了栅介质材料的选择和器件性能的进一步优化。此外，随着晶体管尺寸的不断缩小，传统的金刚石场效应晶体管还面临短沟道效应(sce)带来的诸多问题。这些问题包括漏电流增加、性能下降以及栅极控制能力的削弱，导致器件性能提升受限。同时，进一步的尺寸微缩还引发静电问题，这对晶体管的整体性能提出
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种金刚石环栅场效应晶体管及其制备方法，解决现有技术金刚石场效应晶体管在掺杂激活能、工艺适配性和尺寸缩放方面存在不足的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种金刚石环栅场效应晶体管，包括：
3、金刚石衬底层；
4、悬浮于所述金刚石衬底层之上的环栅结构，所述环栅结构包括纳米线、栅电极及其包覆的环栅电极；
5、所述纳米线由内向外依次包括金刚石核、金刚石终端表面、介质层以及环栅电极，垂直穿过所述栅电极并被其全面包裹；
6、源电极和漏电极，所述源电极和漏电极分别位于所述栅电极的两侧，与所述金刚石终端表面形成欧姆接触；
7、所述金刚石终端表面和介质层的界面形成二维空穴气。
8、优选的，所述栅电极的厚度为50nm-500nm。
9、优选的，所述金刚石终端表面为氢终端或硅终端。
10、优选的，所述介质层的厚度为3nm-50nm。
11、优选的，所述环栅电极的厚度为10nm-100nm。
12、优选的，所述源电极的厚度为50nm-500nm。
13、优选的，所述纳米线的横截面形状为多边形或圆形或椭圆形或不规则圆形。
14、一种金刚石环栅场效应晶体管制备方法，采用所述的金刚石环栅场效应晶体管，所述方法包括：
15、s1、选取金刚石衬底层；
16、s2、在金刚石衬底层表面通过光刻形成纳米线形状的金刚石核，具体包括：在金刚石衬底层表面涂布光刻胶并形成掩模；采用干法刻蚀工艺进行刻蚀，形成纳米线的金刚石核；去除掩模，保留纳米线结构；
17、s3、对金刚石核的表面进行预处理，并进行氢终端或硅终端处理，以在金刚石核表面形成二维空穴气(2dhg)的终端表面；
18、s4、在纳米线的终端表面全方位沉积介质材料，形成介质层，介质层的厚度范围为3nm-50nm；
19、s5、在介质层的外围全方位沉积金属材料，形成环栅电极；
20、s6、在金刚石衬底层上通过光刻形成栅电极，使纳米线垂直穿过栅电极并被其全面包裹；
21、s7、去除部分介质层，在栅电极两侧通过光刻工艺分别沉积源电极和漏电极，与纳米线的终端表面形成欧姆接触
22、由上述技术方案可知，本专利技术具有如下有益效果：
23、该金刚石环栅场效应晶体管及其制备方法，通过通过在金刚石纳米线表面形成二维空穴气(2dhg)，实现了高载流子浓度的导电路径，克服了传统掺杂金刚石场效应晶体管激活能过高导致载流子浓度低的问题。这种结构提高了器件在高频、高功率应用中的性能，采用环栅结构将纳米线全面包覆，有效缓解了传统场效应晶体管中因尺寸缩小引起的短沟道效应(sce)，同时增强了栅极对载流子的控制能力，从而提高了晶体管的开关比和可靠性，源电极和漏电极与金刚石终端表面形成欧姆接触，确保了器件低阻抗的电流通道，优化了电子迁移效率，并显著提升了器件的工作性能和稳定性，金刚石材料本身具有极高的热导率，通过合理设计的环栅结构和纳米线横截面形状进一步优化散热路径，从而提高器件在高功率密度条件下的散热效率和可靠性，采用标准光刻和干法刻蚀工艺，在保证纳米线形状和尺寸精确控制的同时，具备较高的工艺可重复性。此外，通过全方位沉积介质层和环栅电极的工艺设计，避免了光刻胶污染和高能量等离子体的工艺限制，从而拓展了栅介质材料的选择范围，提升了器件性能，在进一步微缩的场景下，本专利技术的环栅结构能够有效缓解因缩小特征尺寸引发的静电问题，同时确保了晶体管的高性能表现，为未来微缩器件的开发奠定了坚实基础。
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1.一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述栅电极(23)的厚度为50nm-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述金刚石终端表面(31)为氢终端或硅终端。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述介质层(32)的厚度为3nm-50nm。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述所述环栅电极(33)的厚度为10nm-100nm。
6.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述源电极(21)的厚度为50nm-500nm。
7.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述纳米线(3)的横截面形状为多边形或圆形或椭圆形或不规则圆形。
8.一种金刚石环栅场效应晶体管制备方法，采用权利要求1-7任一项所述的金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于，所述方法包括：
【技术特征摘要】
1.一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述栅电极(23)的厚度为50nm-500nm。
3.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述金刚石终端表面(31)为氢终端或硅终端。
4.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应晶体管，其特征在于：所述介质层(32)的厚度为3nm-50nm。
5.根据权利要求1所述的一种金刚石环栅场效应...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，许美，邢伟川，侯松岩，周瑾，刘先河，张进成，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学广州研究院，
类型：发明
国别省市：
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