CN110223920A - 氧化镓场效应晶体管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。该方法包括：在衬底上外延n型氧化镓沟道层；在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；在栅区对应的第二介质层上制备栅极。上述方法可以改善器件的击穿特性，并保持器件的导通特性不变。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，特别涉及一种氧化镓场效应晶体管及其制备方法。
背景技术
电力电子器件主要用于电力设备的电能变化和电路控制，是进行电能(功率)处理的核心器件。当前全球范围内环境资源问题面临严峻考验，各国相继颁布节能减排政策，作为工业设施、家用电器等设备电能控制与转换的核心器件，功率半导体产业将面临新的技术挑战与发展机遇。硅基半导体器件是目前电力系统最普遍使用的功率器件，其性能已相当完善并接近由其材料特性决定的理论极限，使得其功率密度的增长呈饱和趋势。
以氧化镓为代表的超宽禁带电力电子器件近年来逐渐成为功率半导体器件的重要发展领域，并有望某些特定领域取代传统Si基功率器件。超宽禁带氧化镓作为一种新的半导体材料，在击穿场强、巴利加(Baliga)优值和成本等方面优势突出。国际上通常采用巴利加(Baliga)优值(～εμEb 3)来表征材料适合功率器件的程度。β-Ga2O3材料巴利加优值是GaN材料的4倍，是SiC材料的10倍，是Si材料的3444倍。β-Ga2O3功率器件与GaN和SiC器件相同耐压情况下，导通电阻更低，功耗更小，能够极大地降低器件工作时的电能损耗。
自从2013年日本信息通信研究机构(NICT)开发出首款氧化镓金属氧化物半导体场效应晶体管(Ga2O3MOSFET)器件以来，科研人员通过提高Ga2O3晶体材料质量、优化器件制作工艺，包括优化沟道层掺杂、欧姆接触和肖特基接触工艺以及栅场板结构等方法，不断提升Ga2O3MOSFET器件性能。2016年，NICT采用Al2O3作为栅下介质，并结合栅场板结构，制备的Ga2O3MOSFET器件击穿电压达到750V。2019年，ETRI采用源场板结构，同时测试过程中通过氟化液隔绝器件空气击穿，器件击穿电压达到2320V，为目前报道最高值。
然而，目前已报道的Ga2O3场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性还远低于材料预期值。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法及其结构，以解决现有技术中Ga2O3场效应晶体管(FET)器件的击穿电压和导通特性远低于材料预期值的问题。
本发明实施例的第一方面提供了一种氧化镓场效应晶体管的制备方法，包括：
在衬底上外延n型氧化镓沟道层；
在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；
在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；
将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；
去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；
在栅区对应的第二介质层上制备栅极。
可选的，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层包括：
在衬底上形成未掺杂的氧化镓层；
在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层。
可选的，所述衬底为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。
可选的，所述n型氧化镓沟道层通过掺杂Si或Sn实现；
所述n型氧化镓沟道层掺杂浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3；
所述n型氧化镓沟道层厚度为10nm至1000nm。
可选的，所述在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极，包括：
通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极，在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极。
可选的，所述金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金。
可选的，所述在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层，包括：
通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长SiO2介质层；其中，所述SiO2介质层厚度为50nm至3000nm。
可选的，所述将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除包括：
通过干法刻蚀工艺刻蚀或湿法腐蚀工艺腐蚀所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分，直至露出所述n型氧化镓沟道层。
可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理的工艺条件包括：
所述高温退火的温度范围为200℃至900℃；
所述高温退火的时间范围为10秒至10分钟。
可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理包括采用先低温后高温的退火方式，或先高温后低温的退火方式。
可选的，经过包含至少两种温度的高温退火处理后，所述n型氧化镓沟道层与所述第一预设区域对应的裸露区域为低电子浓度区域，且电子浓度从所述n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。
本发明实施例的第二方面提供了一种氧化镓场效应晶体管，包括：
衬底；
n型氧化镓沟道层，形成在所述衬底上；其中，在所述n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的区域形成有低电子浓度区域；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；源极和漏极，分别形成在所述n型氧化镓沟道层上的对应区域上；
第二介质层，形成在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上；
栅极，形成在所述第二介质层上与栅区对应的区域。
可选的，所述的氧化镓场效应晶体管还包括：
未掺杂的氧化镓层，形成在所述衬底和所述n型氧化镓沟道层之间。
可选的，所述第二预设区域靠近源区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘重合，所述第二预设区域靠近漏区一侧的边缘距栅区靠近漏区一侧的边缘的距离为6um。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例在制备氧化镓场效应晶体管时，通过将第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理，使n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的裸露区域形成低电子浓度区域，且电子浓度从n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。通过降低n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应区域的电子浓度可以改善器件的击穿特性，并保持器件的导通特性不变，且电子浓度从n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低可以进一步提升器件的击穿特性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法对应的剖面结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的氧化镓场效应晶体管的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下对照附图并结合实施例，对本发明做进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1和图2，图1是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法流程示意图，图2是本发明实施例提供的氧化镓场效应晶体管的制备方法对应的剖面结构示意图。该氧化镓场效应晶体管的制备方法可以包括：
步骤S101，在衬底上外延n型氧化镓沟道层。
可选的，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层可以包括：在衬底201上形成未掺杂的氧化镓层；在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层202。
可选的，所述衬底201为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。
可选的，n型氧化镓沟道层202可以通过掺杂Si或Sn实现；所述n型氧化镓沟道层掺杂浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3；所述n型氧化镓沟道层厚度为10nm至1000nm。
具体的，当在衬底201上形成未掺杂的氧化镓层后，通过在所述未掺杂的氧化镓层中掺杂离子浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3的Si或Sn，形成厚度为10nm至1000nm的n型氧化镓沟道层。
步骤S102，在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极。
可选的，所述在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极，可以包括：通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极，在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极。
在本发明实施例中，参照图2(1)，在氧化镓场效应晶体管的制备过程中可以划分四个区域，包括：源区、漏区、栅区和第二预设区域；其中，所述源极生长在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域；所述漏极生长在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域；所述栅极生长在所述n型氧化镓沟道层上与栅区对应的区域；所述第一预设区域位与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于图2(1)中标示的第二预设区域内。
具体的，在延用如上所述的划分区域的方法前提下，参考图2(2)，通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层202上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极203，在所述n型氧化镓沟道层202上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极204。
可选的，所述金属层可以为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金。
具体的，参照图2(2)，在n型的氧化镓沟道层202上用来制备源极203和漏极204所覆盖的金属层，可以采用Ti/Au或者Ti/Al/Ni/Au等金属。
步骤S103，在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层。
可选的，所述在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层，可以包括：通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长SiO2介质层；其中，所述SiO2介质层厚度为50nm至3000nm。
具体的，参照图2(3)，通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极203、漏极204和n型氧化镓沟道层202上生长SiO2介质层205，SiO2介质层205的厚度为50nm至3000nm；其中，介质层也可以选用SiN或Al2O3等介质层。
步骤S104，将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内。
在本发明实施例中，参照图2(1)的区域划分，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于图2(1)中所标示的第二预设区域内；如图2(1)所标示的，所述第二预设区域由其靠近源区一侧的边缘和靠近漏区一侧的边缘，即两侧边缘进行范围限定：其靠近源区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘重合；其靠近漏区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘的距离为6um；
可选的，所述将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除可以包括：通过干法刻蚀工艺刻蚀或湿法腐蚀工艺腐蚀所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分，直至露出所述n型氧化镓沟道层。
具体的，采用干法刻蚀工艺刻蚀或湿法腐蚀工艺腐蚀SiO2介质层205与第一预设区域对应的部分，直至露出n型氧化镓沟道层202，去除部分SiO2介质层后的结构示意如图2(4)所示。
可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理的工艺条件包括：所述高温退火的温度范围为200℃至900℃；所述高温退火的时间范围为10秒至10分钟。
可选的，所述包含至少两种温度的高温退火处理包括采用先低温后高温的退火方式，或先高温后低温的退火方式。
可选的，经过包含至少两种温度的高温退火处理后，所述n型氧化镓沟道层与所述第一预设区域对应的裸露区域为低电子浓度区域，且电子浓度从所述n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。
具体的，参照图2(5)，将步骤S103后形成的样品清洗干净，置于氧气氛围中进行不同温度的高温退火处理，温度范围200℃至900℃，时间范围为10秒至10分钟，可以采用先低温退火后高温退火的方式，也可采用先高温后低温的退火方式，将n型氧化镓沟道层202与图中标示的第一预设区域对应的裸露区域形成低电子浓度区域206，形成的低电子浓度区域206从n型氧化镓沟道层202的上表面延伸至内部；采用不同温度的高温退火处理，使得且电子浓度从n型氧化镓沟道层202的内部到上表面依次降低，更有利于提升器件击穿特性。
步骤S105，去除剩余的介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层。具体的，如图2(6)和图2(7)所示，去除剩余的第一介质层后，样品结构如图2(6)所示，此时在源极203、漏极204和n型氧化镓沟道层202上通过原子层沉积(ALD)设备生长第二介质层207；其中，第二介质层207可以为厚度为10nm至100nm的氧化铝或者氧化铪介质层；生长第二介质层后的样品如图2(7)所示。
步骤S106，在栅区对应的第二介质层上制备栅极。
具体的，如图2(8)所示，在第二介质层207上与栅区对应的区域上形成栅极208；低电子浓度区域206与栅极208对应的区域相交，位于栅极208下方偏向漏极204的方向；其中低电子浓度区域206靠近源极203一侧的边缘位于栅极208对应的区域内，其靠近漏极204一侧的边缘位于栅极208与漏极204之间对应的区域，且与栅极208靠近漏极204一侧的边缘之间的距离小于6um。
对于氧化镓MOSFET器件中在栅极靠近漏极的下方存在很强的沟道尖峰电场，该尖峰电场的强度与沟道电子浓度直接相关，降低沟道电子浓度可以有效地减小尖峰电场，提升器件击穿电压特性，但降低沟道电子浓度会导致器件的导通电阻增大，对器件的导通特性不利。
本发明实施例在制备氧化镓场效应晶体管时，通过将第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理，使n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的裸露区域形成低电子浓度区域；通过限定第一预设区域的范围，可以只降低尖峰电场区域的电子浓度，从而保持器件的导通特性不变且改善器件的击穿特性；通过进行包含至少两种温度的高温退火处理，使低电子浓度区域的电子浓度从n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低，进一步提升了器件的击穿电压特性。
对应于上文实施例中的氧化镓场效应晶体管的制作方法，图3示出了一种氧化镓场效应晶体管的结构示意图，参见图3，该氧化镓场效应晶体管可以包括：
衬底301；
n型氧化镓沟道层302，形成在所述衬底301上；其中，在所述n型氧化镓沟道层302与第一预设区域对应的区域形成有低电子浓度区域303；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极305一侧的边缘位于处于栅区与漏极305之间的第二预设区域内；
第二介质层306，形成在所述源极304、漏极305和n型氧化镓沟道层302上；
栅极307，形成在所述第二介质层306上与栅区对应的区域。
上述氧化镓场效应晶体管,形成有低电子浓度区域，可以改善器件的击穿特性；所述低电子浓度区域只形成在n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的区域，避免了降低沟道电子浓度导致器件的导通电阻增大的问题，可以保持器件的导通特性不变且改善器件的击穿电压特性。
可选的，氧化镓场效应晶体管还可以包括：未掺杂的氧化镓层，形成在所述衬底和所述n型氧化镓沟道层之间。
可选的，
所述第二预设区域靠近源区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘重合，所述第二预设区域靠近漏区一侧的边缘距栅区靠近漏区一侧的边缘的距离为6um。
上述氧化镓场效应晶体管中各部分的形成过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (14)
1.一种氧化镓场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上外延n型氧化镓沟道层；
在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极；
在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层；
将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除，并进行包含至少两种温度的高温退火处理；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；
去除剩余的第一介质层，并在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第二介质层；
在栅区对应的第二介质层上制备栅极。
2.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在衬底上外延n型氧化镓沟道层包括：
在衬底上形成未掺杂的氧化镓层；
在所述未掺杂的氧化镓层上形成n型氧化镓沟道层。
3.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述衬底为高阻氧化镓衬底、半绝缘SiC衬底、氧化镁或蓝宝石衬底。
4.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，
所述n型氧化镓沟道层通过掺杂Si或Sn实现；
所述n型氧化镓沟道层掺杂浓度为1.0×1015cm-3至1.0×1020cm-3；
所述n型氧化镓沟道层厚度为10nm至1000nm。
5.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在所述n型氧化镓沟道层上分别形成源极和漏极，包括：
通过高温合金工艺或离子注入工艺在所述n型氧化镓沟道层上与源区对应的区域覆盖金属层形成源极，在所述n型氧化镓沟道层上与漏区对应的区域覆盖金属层形成漏极。
6.如权利要求5所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述金属层为Ti/Au合金或Ti/Al/Ni/Au合金。
7.如权利要求1所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长第一介质层，包括：
通过PECVD工艺或溅射工艺在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上生长SiO2介质层；其中，所述SiO2介质层厚度为50nm至3000nm。
8.如权利要求1至7任一项所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述将所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分去除包括：
通过干法刻蚀工艺刻蚀或湿法腐蚀工艺腐蚀所述第一介质层中与第一预设区域对应的部分，直至露出所述n型氧化镓沟道层。
9.如权利要求8所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述包含至少两种温度的高温退火处理的工艺条件包括：
所述高温退火的温度范围为200℃至900℃；
所述高温退火的时间范围为10秒至10分钟。
10.如权利要求9所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述包含至少两种温度的高温退火处理包括采用先低温后高温的退火方式，或先高温后低温的退火方式。
11.如权利要求9或10所述的氧化镓场效应晶体管的制备方法，其特征在于，经过包含至少两种温度的高温退火处理后，所述n型氧化镓沟道层与所述第一预设区域对应的裸露区域为低电子浓度区域，且电子浓度从所述n型氧化镓沟道层的内部到上表面依次降低。
12.一种氧化镓场效应晶体管，其特征在于，包括：
衬底；
n型氧化镓沟道层，形成在所述衬底上；其中，在所述n型氧化镓沟道层与第一预设区域对应的区域形成有低电子浓度区域；其中，所述第一预设区域与栅区相交，且靠近漏极一侧的边缘位于处于栅区与漏极之间的第二预设区域内；
源极和漏极，分别形成在所述n型氧化镓沟道层上的对应区域上；
第二介质层，形成在所述源极、漏极和n型氧化镓沟道层上；
栅极，形成在所述第二介质层上与栅区对应的区域。
13.如权利要求12所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，还包括：
未掺杂的氧化镓层，形成在所述衬底和所述n型氧化镓沟道层之间。
14.如权利要求12所述的氧化镓场效应晶体管，其特征在于，所述第二预设区域靠近源区一侧的边缘与栅区靠近漏区一侧的边缘重合，所述第二预设区域靠近漏区一侧的边缘距栅区靠近漏区一侧的边缘的距离为6um。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110676308A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-10 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管的制备方法 |
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015002343A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 株式会社タムラ製作所 | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2016039194A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 株式会社タムラ製作所 | Ｇａ２Ｏ３系単結晶の高抵抗領域形成方法、並びに、結晶積層構造体及び半導体素子 |
| CN106847881A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 西安电子科技大学 | 金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法 |
| CN106876483A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 西安电子科技大学 | 高击穿电压肖特基二极管及制作方法 |
| CN109148586A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-01-04 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 氧化镓场效应晶体管 |
| CN109524474A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-03-26 | 西安电子科技大学 | 具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管 |
| CN109659355A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-19 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 常关型氧化镓场效应晶体管结构及制备方法 |
-
2019
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2015002343A (ja) * | 2013-06-18 | 2015-01-05 | 株式会社タムラ製作所 | 半導体素子及びその製造方法 |
| JP2016039194A (ja) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 株式会社タムラ製作所 | Ｇａ２Ｏ３系単結晶の高抵抗領域形成方法、並びに、結晶積層構造体及び半導体素子 |
| CN106847881A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-13 | 西安电子科技大学 | 金属氧化物半导体场效应晶体管及其制作方法 |
| CN106876483A (zh) * | 2017-01-23 | 2017-06-20 | 西安电子科技大学 | 高击穿电压肖特基二极管及制作方法 |
| CN109148586A (zh) * | 2018-08-16 | 2019-01-04 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 氧化镓场效应晶体管 |
| CN109524474A (zh) * | 2018-11-08 | 2019-03-26 | 西安电子科技大学 | 具有栅边缘漏侧部分轻掺杂的4H-SiC金属半导体场效应晶体管 |
| CN109659355A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-04-19 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 常关型氧化镓场效应晶体管结构及制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑柳等: "4H-SiC中Al离子注入及其二次高温退火技术", 《微纳电子技术》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110676308A (zh) * | 2019-10-12 | 2020-01-10 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管的制备方法 |
| CN110676308B (zh) * | 2019-10-12 | 2022-12-20 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 肖特基二极管的制备方法 |
| CN112951917A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种氧化镓场效应晶体管及制备方法 |
| CN112951917B (zh) * | 2021-01-29 | 2022-11-15 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 一种氧化镓场效应晶体管及制备方法 |
| CN113257922A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-13 | 电子科技大学 | 一种多沟道增强型氧化镓结型场效应晶体管 |
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