CN106981512B - 金刚石基常关型场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金刚石基常关型场效应晶体管，包括金刚石衬底，上设置有单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面设置有源区以及包围有源区的器件隔离区，有源区为二维空穴气，有源区的上方依次间隔设置有源极、栅极和漏极，有源区的表面设置有导电沟道；导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节所述导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性，以提供一种可以在高压、高频电子领域广泛应用的常关型器件。
Description
【技术领域】
本发明属于半导体器件领域，特别涉及一种金刚石基常关型场效应晶体管及其制备方法。
【背景技术】
在人们的生产和生活中，半导体器件发挥的作用越来越大。制造半导体器件的单晶材料也经历了四代的发展。金刚石作为第四代半导体材料的代表之一，具有其他半导体材料不可比拟的优异性质。在电学方面，金刚石具有较高的禁带宽度、超高的击穿电压、高的Johnson指数、高的Keyes指数、高的Baliga指数、较大的电子迁移率以及空穴迁移率。因此，使用金刚石材料制作的超高频、超大功率电子器件具有先天的优势，性能也可以全面的超越前三代半导体材料器件。
场效应晶体管作为半导体器件中的基本单元，在集成电路中发挥着举足轻重的作用。按照器件开启方式的不同，场效应晶体管可分为常开型(耗尽型)和常关型(增强型)。所谓常开型是指：场效应晶体管的栅压为零时，器件处于导通状态，只有在栅上加一定大小的负偏压时，才能使得器件处于关断状态；常关型是指：场效应晶体管的栅压为零时，器件处于关断状态。但是不论是哪种类型器件，都需要对半导体材料进行掺杂，并在一定温度下激活杂质。
目前，金刚石可以通过掺入硼元素和磷元素来实现不同类型的掺杂。但是在金刚石中硼原子的激活能为0.37eV、磷原子的激活能为0.6eV，这使得它们在室温下很难被激活，进而发挥导电作用。除常规掺杂外，d超薄掺杂技术也被用在金刚石材料中。该技术是在金刚石内部很薄的一层范围内掺入高浓度的杂质，但是，该技术对载流子迁移率影响较大，进而影响器件性能。研究发现表面被修饰后的金刚石可以展现出不同的电学性质。例如：使用氧等离子体或是强酸碱处理金刚石表面后，可以使得金刚石表面高度氧化，使得原本处于悬挂状态的C键形成C-O键，即氧终端；使用氢等离子体对金刚石表面进行处理后，可以使得金刚石表面高度氢化，使得原本处于悬挂状态的C键形成C-H键，即氢终端。经测试，其中被高度氢化的金刚石表面下存在一层P型导电层，该发现极大的推动了金刚石场效应晶体管的发展。研究表明，该层P型导电层是由金刚石表面的C-H键极化以及表面的吸附物造成的。该导电层形成是由金刚石表面下的二位空穴气(2DHG)产生的，载流子浓度可达1013cm-2左右，载流子迁移率可达20-200cm2·V-1·s-1。因此高度氢化的金刚石完全可以用来制作场效应晶体管。由于2DHG的存在，氢终端场效应晶体管一般呈现出常开特性。但是从安全性、节能性、简化接入电路等角度考虑，常关型器件才是电子系统中的首选。因此为了使得氢终端金刚石场效应晶体管在高压、高频电子领域广泛应用，将其制备成常关型的很有必要。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种金刚石基常关型场效应晶体管及其制备方法，以提供一种可以在高压、高频电子领域广泛应用的常关型器件。
本发明采用第一种技术方案：金刚石基常关型场效应晶体管，包括金刚石衬底，上设置有单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面经过处理后划分为有源区以及包围有源区的器件隔离区，有源区为二维空穴气，有源区的上方依次间隔设置有源极、栅极和漏极，有源区的表面设置有导电沟道；导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性。
进一步的，导电沟道包括交替设置的横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区，横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区的两端分别指向源极和漏极。
进一步的，横向沟道隔离区为有源区经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于100MΩ·cm。
进一步的，导电沟道包括从源极向漏极方向依次交替设置的纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区。
进一步的，纵向沟道隔离区为有源区经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于10-2Ω·cm。
进一步的，导电沟道为条状、圆形的凹槽、方形的凹槽或三角形的凹槽。
本发明提供的第二种技术方案是，金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石衬底进行酸碱处理，并吹干；
步骤2、在金刚石衬底上外延得到单晶金刚石外延薄膜；
步骤3、对单晶金刚石外延薄膜进行氢化处理，在其表面得到二维空穴气，即形成有源区；
步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜表面形成源极和漏极；
步骤5、遮盖单晶金刚石外延薄膜表面有源区，然后对器件进行电学隔离，围绕有源区形成器件隔离区，然后清洗电学隔离后的样品；
步骤6、在有源区制造横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；或在有源区制造纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；
步骤7、在单晶金刚石外延薄膜表面形成栅极，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
进一步的，步骤6表面处理技术使用氧等离子、氟等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜裸露表面，使横向沟道隔离区的电阻率大于100MΩ·cm，纵向沟道隔离区电阻率大于10-2Ω·cm。
本发明提供的第三种技术方案是，金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石衬底进行酸碱处理，并吹干；
步骤2、在金刚石衬底上外延得到单晶金刚石外延薄膜；
步骤3、对单晶金刚石外延薄膜进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，即形成有源区；
步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜表面形成源极、漏极、横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区的金属图形；或形成源极、漏极、纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区的金属图形；
步骤5、利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区以及有源区；或利用表面处理技术对步骤4的样品进行处理，形成纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区以及有源区；
步骤6、去除横向沟道隔离区金属，并形成器件隔离区，然后清洗样品；或去除纵向沟道隔离区金属，并形成器件隔离区，然后清洗样品。
步骤7、利用光刻技术、金属沉积技术、剥离技术在单晶金刚石外延薄膜表面形成栅极，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
进一步的，步骤4中源极、漏极、横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区、或纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区的金属图形均为可被干法刻蚀或湿法刻蚀清除干净的材料，且它们的厚度相同。
本发明的有益效果是：将氢终端金刚石场效应晶体管有源区的导电沟道变成氢终端与氧终端或氟终端交替沟道的形式，使得氧终端或氟终端对临近的氢终端部分产生空穴耗尽的作用，实现栅偏压零时器件的关断特性。引入横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区，或纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区，实现器件常关特性，有效提高了器件安全性和节能性。通过表面处理技术，可有效调节有源区沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度。
【附图说明】
图1为本发明一种金刚石基常关型场效应晶体管的结构示意图；
图2-1至图2-8为本发明金刚石基常关型场效应晶体管的第一种制备方法的流程图；
图3为本发明实施例的输出特性曲线图；
图4为本发明一种金刚石基常关型场效应晶体管的导电沟道为圆形时的结构示意图。
其中，1.金刚石衬底，2.单晶金刚石外延薄膜，3.有源区，4.源极，5.漏极，6.栅极，7.器件隔离区，8.横向沟道隔离区，9.横向氢终端沟道区，10.纵向沟道隔离区，11.纵向氢终端沟道区，12.圆形氧终端或圆形氢终端，13.氢终端。
【具体实施方式】
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明提供了一种金刚石基常关型场效应晶体管，如图1所示。包括金刚石衬底1，1上设置有单晶金刚石外延薄膜2，单晶金刚石外延薄膜2的表面设置有源区3以及包围有源区3的器件隔离区7，有源区3为二维空穴气，有源区3的上方依次间隔设置有源极4、栅极6和漏极5，有源区3的表面设置有导电沟道。
其中，导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性。
导电沟道的作用是将氢终端金刚石场效应晶体管有源区的导电沟道，变成氢终端与氧终端或氟终端交替条形区域的形式，使得氧终端或氟终端对临近的氢终端部分产生空穴耗尽的作用，实现栅偏压零时器件的关断特性。通过表面处理技术，可有效调节有源区沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度。
导电沟道通常为两种设置形式：
一是在有源区3的表面交替设置的横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9，横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9的两端分别指向源极4和漏极5。该横向沟道隔离区8为有源区3经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于100MΩ·cm。该选择性表面处理技术为对有源区3的表面通过紫外臭氧照射或氧等离子轰击或退火处理。
二是从源极4向漏极5方向依次交替设置的纵向沟道隔离区10和纵向氢终端沟道区11。该纵向沟道隔离区10为有源区3经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于10-2Ω·cm。该选择性表面处理技术也是对有源区3的表面通过紫外臭氧照射或氧等离子轰击或退火处理。对于横向沟道隔离区8的表面处理时间较长，则其电阻率相对较大；对于纵向沟道隔离区10表面处理的时间较短，则其电阻率相对较小。
导电沟道为条状时，可以方便对氢终端沟道区耗尽作用控制，可以量化计算耗尽的多少。
导电沟道还可以为圆形、方形或三角形。如图4所示，圆形为氧终端或氢终端；剩下部分为氢终端；圆形区域的排列方式可以随意，但是要限定在源漏之间的有源区上；这里氧终端或氢终端形状不限以上三种，还包括任何的不规则封闭图形。
本发明的金刚石衬底1为本征金刚石材料，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于6cm-1，X射线衍射半峰宽小于0.1°。
单晶金刚石外延薄膜2为本征金刚石材料，厚度为0.05-50μm，电阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于5cm-1，X射线衍射半峰宽小于0.05°。
有源区3为单晶金刚石外延薄膜2表面经过氢化并图形化处理后，在表面下形成的一层二维空穴气，其载流子浓度为2×1011-2×1015cm2,迁移率为20-200cm2/V·s，方块电阻小于20KΩ/□，均方根表面粗糙度小于0.5nm。
源极4和漏极5的材质为Pd、Au、Ir、Pt、Pd/Au、Pd/Pt/Au、Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ir/Pt/Au等一种金属及相应金属的组合，与单晶金刚石外延薄膜2形成良好的欧姆接触，厚度为0.07-1μm；栅极6的材质为Al、Zr、Hf、Mo、Ta等一种金属及相应金属的组合，与单晶金刚石外延薄膜2形成良好的肖特基接触，厚度为0.07-1μm。
器件隔离区7为单晶金刚石外延薄膜2表面经过选择性氧化处理后形成的绝缘区，一般为氧终端，其电阻率大于100MΩ·cm。
横向沟道隔离区8为有源区3经过选择性表面处理技术处理后所形成的对邻近氢终端具有耗尽作用的区域，比如将横向沟道隔离区8处理为氧终端、氟终端等，是本发明的核心，通过调节表面处理强度使得横向沟道隔离区8电阻率大于100MΩ·cm；横向沟道隔离区8的长度小于等于源极4和漏极5的间距，宽度小于有源区3的宽度；横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9呈现间隔式分布，且平行于源、漏之间连线。
横向氢终端沟道区9为有源区3表面经过横向沟道隔离区8处理后，剩下的部分，其载流子浓度为2×1011-2×1015cm2,迁移率为20-200cm2/V·s，方块电阻小于20KΩ/□。
纵向沟道隔离区10为有源区3经过选择性表面处理技术处理后所形成的对邻近氢终端具有耗尽作用的区域，比如纵向沟道隔离区10处理为氧终端、氟终端等，是本发明的核心，通过调节表面处理强度使得纵向沟道隔离区10电阻率大于10-2Ω·cm；纵向沟道隔离区10的长度小于源极4和漏极5的间距，纵向沟道隔离区10的宽度等于有源区3的宽度；纵向沟道隔离区10和纵向氢终端沟道区11呈现间隔式分布，且垂直于源、漏之间连线。
纵向氢终端沟道区11为有源区3表面经过纵向沟道隔离区10处理后，剩下的部分，其载流子浓度为2×1011-2×1015cm2,迁移率为20-200cm2/V·s，方块电阻小于20KΩ/□。
本发明提供的第一种金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，参见图2-1至图2-7，具体按照以下步骤实施：
步骤1、如图2-1所示，对金刚石衬底1进行酸碱处理，并吹干；该金刚石衬底1为征金刚石材料，均方根表面粗糙度小于0.3nm，拉曼半峰宽小于6cm-1，X射线衍射半峰宽小于0.1°。
步骤2、如图2-2所示，在金刚石衬底1上外延得到单晶金刚石外延薄膜2；该外延单晶金刚石外延薄膜2的技术是微波等离子体气相化学沉积技术、热丝化学气相沉积技术、直流喷射等离子体技术等；单晶金刚石外延薄膜2为本征金刚石材料，厚度为0.05-50μm，电阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰宽小于5cm-1，X射线衍射半峰宽小于0.05°。
步骤3、如图2-3的俯视图所示，对单晶金刚石外延薄膜2进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，形成有源区3。该氢化处理是将步骤2中制得的样品置于氢等离子中，处理温度为500-1500℃，处理时间为5秒到24小时；在单晶金刚石外延薄膜表面下得到二维空穴气层，其载流子浓度为2×1011-2×1015cm2,迁移率为20-200cm2/V·s，方块电阻小于20KΩ/□。
步骤4、如图2-4所示，对氢化后的单晶金刚石外延薄膜2进行清洗，然后利用光刻技术在单晶金刚石外延薄膜2表面形成电极图形，然后使用沉积金属技术金属沉积，然后使用剥离技术获得源极4和漏极5。该源极4和漏极5的材质为Pd、Au、Ir、Pt、Pd/Au、Pd/Pt/Au、Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ir/Pt/Au等一种金属及相应金属的组合；源极4和漏极5的厚度为0.07-1μm。
步骤5、如图2-5的俯视图所示，利用光刻技术遮盖单晶金刚石外延薄膜2表面的有源区3，然后利用氧化技术对器件进行电学隔离，在单晶金刚石外延薄膜2表面形成器件隔离区7，然后清洗电学隔离后的样品。电学隔离是使用氧等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜2裸露表面，得到器件隔离区7，使其电阻率大于100MΩ·cm；清洗样品主要是将样品上的光刻胶清洗掉。
步骤6、如图2-6的俯视图，利用光刻技术在有源区3上制造横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9的图形，然后使用表面处理技术对其处理，再清洗样品表面。或如图2-7的俯视图所示，利用光刻技术在有源区3制造纵向沟道隔离区10和纵向氢终端沟道区11的图形，然后使用表面处理技术对其处理，再清洗样品表面。
表面处理技术使用氧等离子、氟等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜2裸露表面，使横向沟道隔离区8电阻率大于100MΩ·cm，纵向沟道隔离区10电阻率大于10-2Ω·cm；清洗样品主要是将样品上的光刻胶清洗掉。
步骤7、如图2-8所示，利用光刻技术在单晶金刚石外延薄膜2表面形成电极图形，然后使用金属沉积技术沉积金属，然后使用剥离技术获得栅极6，得到金刚石基常关型场效应晶体管。该栅极6材质为Al、Zr、Hf、Mo、Ta等一种金属及相应金属的组合；栅极6的厚度为0.07-1μm。
上述的光刻技术包括紫外光刻、电子束光刻、步进式非接触光刻等技术；金属沉积技术包括：电子束蒸发、热蒸发、磁控溅射、原子束沉积等技术；清洗光刻胶的方法是使用有机溶剂溶解，其中有机溶剂包括丙酮、N-甲基吡咯烷酮等。
本发明提供的第二种金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石衬底1进行酸碱处理，并吹干；
步骤2、在金刚石衬底1上外延得到单晶金刚石外延薄膜2；
步骤3、对单晶金刚石外延薄膜2进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，即形成有源区3；
步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜2清洗，然后利用光刻技术、金属沉积技术、剥离技术在单晶金刚石外延薄膜2表面形成源极4、漏极5、横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9金属图形；或形成源极4、漏极5、纵向沟道隔离区10和纵向氢终端沟道区11金属图形。
步骤4中源极、漏极、横向沟道隔离区和横向氢终端沟道区、或纵向沟道隔离区和纵向氢终端沟道区的金属图形均为容易被干法刻蚀或湿法刻蚀清除干净的材料，例如金或钯，且它们的厚度相同。
步骤5、利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9以及有源区3；或利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成纵向沟道隔离区10和纵向氢终端沟道区11以及有源区3；
步骤6、利用光刻技术和化学腐蚀技术，氧化技术，完全去除横向沟道隔离区8金属，并形成器件隔离区7，然后清洗样品；或利用光刻技术和化学腐蚀技术，氧化技术，完全去除纵向沟道隔离区10金属，并形成器件隔离区7，然后清洗样品。该化学腐蚀技术是用碘的碘化钾溶液或碘溶液或碘化钾溶液腐蚀金；用氯化铁溶液腐蚀钯；清洗样品主要是将样品上的光刻胶清洗掉。
步骤6中利用金属湿法腐蚀技术，具体是指使用碘的碘化钾溶液腐蚀金或使用氯化铁溶液腐蚀钯来去除横向沟道隔离区8金属，这两种方法做出来的源极、漏极边缘较为平整，并且这两种溶液可以把相应的金属完全腐蚀。
步骤7、利用光刻技术、金属沉积技术、剥离技术在单晶金刚石外延薄膜2表面形成栅极6，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
实施例：
一种金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法包含如下步骤：
步骤1、使用标准的酸碱洗工艺对金刚石衬底1进行清洗，除去表面的非金刚石相，然后使用酒精、丙酮、去离子水对金刚石衬底1进行清洗，使用氮气吹干金刚石衬底1。
步骤2、使用微波等离子体化学气相沉积技术在金刚石衬底1上生长一层单晶金刚石外延薄膜2。生长条件为：功率1KW，腔压为50Torr，气体总流量500sccm。
步骤3、步骤2生长结束后，关闭等离子体，保持腔压不变，仅通入氢气，实现单晶金刚石外延薄膜2表面氢化。
步骤4、使用酒精、丙酮和去离子水分别对氢化后的样品进行清洗，并用氮气吹干样品，保持样品表面清洁。在样品表面旋涂一层AZ5214光刻胶，然后将样品至于100℃热板加热90秒，然后使用紫外曝光机5s，然后将样品浸泡显影液中60秒，完成源漏电极图形转移到样品上；使用电子束蒸发在样品表面沉积一层100nm的金，实验条件为：腔压5×10-4Pa，室温；然后将样品浸泡在丙酮中，对样品进行剥离，或得源极4、漏极5。
步骤5、使用酒精、丙酮和去离子水分别对氢化后的样品进行清洗，并用氮气吹干样品，保持样品表面清洁。在样品表面旋涂一层AZ5214光刻胶，然后将样品至于100℃热板加热90秒，然后使用紫外曝光机5s，然后将样品浸泡显影液中60秒，完成光刻图形转移，仅在有源区上方保留光刻胶；然后将样品置于紫外臭氧中20分钟，形成器件隔离区7，然后使用酒精、丙酮和去离子水分别对氢化后的样品进行清洗，并用氮气吹干样品，保持样品表面清洁。
步骤6、在样品表面旋涂一层AZ5214光刻胶，然后将样品至于100℃热板加热90秒，然后使用紫外曝光机5s，然后将样品浸泡显影液中60秒，完成图形转移，该图形仅将横向沟道隔离区8图形裸露，样品其它部分被光刻胶遮盖；然后将样品置于紫外臭氧中20分钟，形成沟道隔离区8，进而实现横向沟道隔离区8和横向氢终端沟道区9的间隔式分布。使用酒精、丙酮和去离子水分别对氢化后的样品进行清洗，并用氮气吹干样品，保持样品表面清洁。
步骤7、在样品表面旋涂一层AZ5214光刻胶，然后将样品至于100℃热板加热90秒，然后使用紫外曝光机5s，然后将样品浸泡显影液中60秒，完成栅电极图形转移到样品上；使用电子束蒸发在样品表面沉积一层100nm的铝，实验条件为：腔压5×10-4Pa，室温；然后将样品浸泡在丙酮中，对样品进行剥离，或得栅极6，最终获得制备完成的金刚石基常关型场效应晶体管。
图3为上述实施例金刚石基常关型场效应晶体管的输出特性曲线图，以最上边的一条曲线为例，当栅极电压为-5V时，源极电流随源漏电压(0—-15V)的变化；每一条曲线代表不同的栅压。从图3可以看出，当栅极电压为0V时，即不加栅压时，源漏电流为零，器件处于关断状态，即该器件属于常关型器件。
Claims (5)
1.金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，包括金刚石衬底(1)，所述金刚石衬底(1)上设置有单晶金刚石外延薄膜(2)，所述单晶金刚石外延薄膜(2)的表面经过处理后划分为有源区(3)以及包围有源区(3)的器件隔离区(7)，所述有源区(3)为二维空穴气，所述有源区(3)的上方依次间隔设置有源极(4)、栅极(6)和漏极(5)，所述有源区(3)的表面设置有导电沟道；所述导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节所述导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性；
其中，所述导电沟道包括交替设置的横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)，所述横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)的两端分别指向源极(4)和漏极(5)；所述的横向沟道隔离区(8)为有源区(3)经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于108Ω·cm；
或者，所述导电沟道包括从所述源极(4)向所述漏极(5)方向依次交替设置的纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)；所述的纵向沟道隔离区(10)为有源区(3)经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于10-2Ω·cm。
2.如权利要求1所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述导电沟道为条状、圆形的凹槽、方形的凹槽或三角形的凹槽。
3.一种如权利要求1或2所述的金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理，并吹干；
步骤2、在金刚石衬底(1)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(2)；
步骤3、对单晶金刚石外延薄膜(2)进行氢化处理，在其表面得到二维空穴气，即形成有源区(3)；
步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成源极(4)和漏极(5)；
步骤5、遮盖单晶金刚石外延薄膜(2)表面有源区(3)，然后对器件进行电学隔离，围绕有源区(3)形成器件隔离区(7)，然后清洗电学隔离后的样品；
步骤6、在有源区(3)制造横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；或在有源区(3)制造纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；表面处理技术使用氧等离子、氟等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜(2)裸露表面，使横向沟道隔离区(8)的电阻率大于108Ω·cm，纵向沟道隔离区(10)电阻率大于10-2Ω·cm；
步骤7、在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成栅极(6)，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
4.一种如权利要求1或2所述的金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理，并吹干；
步骤2、在金刚石衬底(1)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(2)；
步骤3、对单晶金刚石外延薄膜(2)进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，即形成有源区(3)；
步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成源极(4)、漏极(5)、横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)的金属图形；或形成源极(4)、漏极(5)、纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)的金属图形；
步骤5、利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)以及有源区(3)；或利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)以及有源区(3)；表面处理技术使用氧等离子、氟等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜(2)裸露表面，使横向沟道隔离区(8)的电阻率大于108Ω·cm，纵向沟道隔离区(10)电阻率大于10-2Ω·cm；
步骤6、去除横向沟道隔离区(8)金属，并形成器件隔离区(7)，然后清洗样品；或去除纵向沟道隔离区(10)金属，并形成器件隔离区(7)，然后清洗样品；
步骤7、利用光刻技术、金属沉积技术、剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成栅极(6)，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中源极(4)、漏极(5)、横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)、或纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)的金属图形均为可被干法刻蚀或湿法刻蚀清除干净的材料，且它们的厚度相同。
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| GR01 | Patent grant | ||
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