CN116344597A - 一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料及制备方法、场效应晶体管及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料及制备方法、场效应晶体管及制备方法，非晶氧化镓沟道层材料的制备方法包括：S10、采用氧化镓靶材和至少一个掺杂靶材进行共同溅射，获得掺杂的预制氧化镓；S20、将步骤S10中的预制氧化镓在真空或气体存在的环境下进行后退火，得到用于场效应晶体管的沟道层材料。本发明通过磁控共同溅射，并结合后退火的协同操作，使得制备氧化镓能够在相对低温环境下进行，从而获得具有高导电性和高击穿场强特性的非晶氧化镓沟道层，同时具有快速制造、大面积生长、与多种衬底的高兼容性、掺杂含量的可调控性以及器件设计的高度灵活性等优点。

Description

一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料及制备方 法、场效应晶体管及制备方法
技术领域
本发明实施例涉及半导体技术领域，具体涉及一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料及制备方法、场效应晶体管及制备方法。
背景技术
氧化镓是一种超宽带隙半导体，它的禁带宽度高达4.9eV，具有高击穿场强的优势。并且氧化镓具有比传统宽带隙半导体比如SiC和GaN更大的巴利加优值。此外，氧化镓在200nm至280nm的日盲波段表现出高选择性的光响应。因此，氧化镓在功率器件、紫外探测器、抗极端环境电子器件和场效应晶体管等领域有广阔应用前景。
然而，本征氧化镓的电阻很大，很难实现高导电性，这极大地限制了氧化镓在各类电子器件中的应用。为了获得可应用于场效应晶体管沟道层的氧化镓，通常是采用金属有机化合物化学气相沉淀(MOCVD)、分子束外延(MBE)、和金属有机气相外延(MOVPE)等方法来制备Sn或Si掺杂的单晶氧化镓n型导电沟道。但高质量的掺杂的单晶氧化镓通常需要高温生长、同质衬底，以及复杂的超高真空环境，这就意味着高成本和受限的掺杂调控，限制了氧化镓在柔性器件、增强型场效应晶体管、异质集成和大面积快速制备等方面的广泛应用。
因此，提供一种制备条件受限较小，操作简便，成本较低，可有效推动氧化镓实用化进程和工业化发展的用于场效应晶体管的氧化镓沟道层材料及制备方法是本发明亟需解决的问题。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料及制备方法，通过磁控共同溅射，并结合后退火的协同操作，使得制备氧化镓能够在相对低温环境下进行，从而获得具有高导电性和高击穿场强特性的非晶氧化镓沟道层，同时具有快速制造、大面积生长、与多种衬底的高兼容性、掺杂含量的可调控性以及器件设计的高度灵活性等优点。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
在本发明实施例的一个方面，提供了一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料的制备方法，包括：
S10、采用氧化镓靶材和至少一个掺杂靶材进行共同溅射，获得掺杂的预制氧化镓；
S20、将步骤S10中的预制氧化镓在真空或气体存在的环境下进行后退火，得到用于场效应晶体管的沟道层材料。
作为本发明的一种优选方案，步骤S10中，每个所述掺杂靶材含有锡、硅、铬、锗、铌、钽、锆和钛元素中的一种或多种。
作为本发明的一种优选方案，所述掺杂靶材的材料为金属锡和/或金属锡的化合物。
作为本发明的一种优选方案，所述掺杂靶材的材料为金属锡
作为本发明的一种优选方案，所述金属锡的化合物选自氧化锡。
作为本发明的一种优选方案，所述氧化镓靶材为采用射频磁控溅射，所述掺杂靶材为采用直流磁控溅射和/或射频磁控溅射。
作为本发明的一种优选方案，共同溅射过程的时间不低于300s。
作为本发明的一种优选方案，共同溅射过程的时间为3000-4200s。
作为本发明的一种优选方案，步骤S20中，所述后退火过程为快退火或慢退火；且，
所述气体环境中的气体选自氮气、空气、氩气或氮氧混合气；
所述后退火过程的温度不低于350℃，保温时间不低于5min。
作为本发明的一种优选方案，所述后退火过程为快退火；
所述气体环境中的气体选自空气；
所述后退火过程的退火温度为380-450℃，保温时间为1-2h。
在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种用于场效应晶体管的沟道层材料，采用根据上述所述的制备方法制得。
在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种场效应晶体管，包括形成有栅极和栅介质层的衬底，以及沟道层、源极和漏极，所述沟道层由如上述所述的沟道层材料形成。
作为本发明的一种优选方案，所述衬底为Si/SiO2衬底；
所述栅极为衬底中的n型重掺杂Si；
所述栅介质层为衬底中SiO2；
所述源极和所述漏极各自为Cr/Ag金属叠层。
作为本发明的一种优选方案，所述源极和所述漏极之间形成的沟道的宽长比为3-7：1。
在本发明实施例的另一个方面，还提供了一种如上述所述的场效应晶体管的制备方法，包括：
S100、选择衬底，在衬底上划分出栅极和栅介质层；
S200、在衬底的表面共同溅射氧化镓靶材和至少一个掺杂靶材，以在衬底表面沉积获得预制氧化镓；
S300、对沉积有预制氧化镓的衬底进行后退火处理，得到预制件；
S400、在后退火处理后的预制件上的预制氧化镓表面蒸镀形成Cr/Ag金属叠层，对应形成为源极和漏极，获得场效应晶体管。
作为本发明的一种优选方案，步骤S200中，共同溅射过程中的工作参数为：本底真空度不大于2×10-4Pa；工作压强为0.2～5Pa；生长温度为不低于20℃；氧化镓靶材的溅射功率不低于30W；掺杂靶材的溅射功率不低于3W；
优选地，步骤S200中包括在共同溅射过程中同时通入溅射气体和反应气体，且通入溅射气体的流量为10～100sccm，通入反应气体的流量为3～20sccm；共同溅射过程的时间不低于300s；
更为优选地，所述溅射气体为氩气，所述反应气体为氧气。
本发明的实施方式具有如下优点：
1、本发明通过室温磁控共同溅射法和后退火有效方便地实现了氧化镓从绝缘体到半导体的转变，显著提高了其导电性，具有工艺可控性强，操作简便，成本低，有利于大面积制备的优点；
2、本发明通过低温后退火有效地提高了掺杂元素在氧化镓中的激活，有利于节省成本，可促进氧化镓在异质集成和柔性电子器件中的应用；
3、本发明制备了基于非晶氧化镓沟道层的场效应晶体管，该晶体管表现出增强型的工作模式，具有良好的开态电流、高开关比、200V的高压稳定性和472V的击穿电压，为推动基于氧化镓的晶体管、功率器件、光电探测器、异质集成和柔性器件等设备的实业化进程和工业化发展提供了一种更优的方向。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例提供的沟道层材料或场效应晶体管的制备装置及制备过程图；
图2为本发明对比例1、2和实施例1提供的沟道层材料的X射线衍射(XRD)谱图；
图3为本发明实施例提供的场效应晶体管的结构示意图；
图4为本发明中未掺杂有掺杂元素的氧化镓、掺杂有锡元素的预制氧化镓和掺杂有锡元素且退火后的氧化镓材料作为沟道层分别制得的场效应晶体管的转移特性曲线；其中，样品A对应对比例1，即沟道层材料为未掺杂有掺杂元素且未经退火处理的氧化镓；样品B对应对比例2，即沟道层材料为掺杂有锡元素且未经退火处理的预制氧化镓；样品C对应实施例1，即氧化镓沟道层材料为掺杂有锡元素且退火后的沟道层材料；
图5为实施例2提供的场效应晶体管的转移特性曲线；
图6为实施例3提供的场效应晶体管的转移特性曲线；
图7为本发明实施例1提供的场效应晶体管的高压稳定性测试图；
图8为本发明实施例1提供的场效应晶体管的击穿电压测试图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案进行详细的说明。需要说明的是，掺杂靶材可以采用直流磁控溅射或是射频磁控溅射，其能够根据掺杂靶材的类型不同，从而根据实际情况进行相应的选择。例如，当掺杂靶材为单质金属靶材时，则选用直流磁控溅射；当掺杂靶材为化合物靶材时，则选用射频磁控溅射。
实施例1
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把n型重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积非晶氧化镓，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锡靶材的直流溅射功率为6W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的锡掺杂氧化镓样品在空气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、将上述步骤3中得到的退火后的锡掺杂氧化镓样品记为样品C；
5、采用热蒸发的方法在样品C上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例2
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把n型重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积非晶氧化镓，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锡靶材的直流溅射功率为6W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的锡掺杂氧化镓样品在空气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的锡掺杂氧化镓样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例3
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把n型重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积非晶氧化镓，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锡靶材的直流溅射功率为6W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的锡掺杂氧化镓样品在氮气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的锡掺杂氧化镓样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例4
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和氧化锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
氧化锡靶材的射频溅射功率为40W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在空气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例5
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和氧化锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
氧化锡靶材的射频溅射功率为40W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在氮气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例6
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锗靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锗靶材的直流溅射功率为10W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在空气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例7
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锗靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锗靶材的直流溅射功率为10W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在氮气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例8
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属钽靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属钽靶材的直流溅射功率为15W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在空气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
实施例9
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属钽靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属钽靶材的直流溅射功率为15W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的样品在氮气中快退火，退火温度为400摄氏度，保温时间为1.5小时；
4、采用热蒸发的方法在上述步骤3中得到的退火后的样品上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
对比例1
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把n型重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、通过射频磁控溅射氧化镓靶材在Si/SiO2衬底的表面上沉积非晶氧化镓，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
溅射时间为3600秒。
3、将上述步骤2中得到的非掺杂未退火氧化镓样品记为样品A；
4、采用热蒸发的方法在样品A上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
对比例2
1、将Si/SiO2衬底置于超声仪中依次使用丙酮、无水乙醇、去离子水分别超声清洗15分钟，并用氮气气枪吹干，将处理后的Si/SiO2衬底放入磁控溅射仪器腔室中，并把n型重掺杂Si作为栅极，SiO2作为栅介质层；
2、采用共同溅射氧化镓靶材和金属锡靶材的方法在Si/SiO2衬底的表面上沉积非晶氧化镓，工艺参数如下：
本底真空小于等于2×10-4Pa；
工作压强为0.2Pa；
生长温度为室温(20-25℃左右)；
氧化镓靶材的射频溅射功率为100W；
金属锡靶材的直流溅射功率为6W；
通入溅射气体Ar，流量为20sccm；
通入反应气体O2，流量10sccm；
共同溅射时间为3600秒。
3、将步骤2中得到的未退火锡掺杂氧化镓样品记为样品B；
4、采用热蒸发的方法在样品B上蒸镀金属叠层Cr/Ag以形成源极和漏极，沟道宽长比为W/L＝200μm/40μm。
图1为本发明优选实施例提供的沟道层材料(即非晶氧化镓)或场效应晶体管的制备工艺原理示意图，溅射靶材被氩离子撞击后，其表面原子被溅射出来并沉积到衬底上制成氧化镓材质的沟道层材料。
图2为制备的在Si/SiO2上溅射的非晶氧化镓的X射线衍射(XRD)谱图，可以看到在样品A(对应对比例1)、样品B(对应对比例2)和样品C(对应实施例1)中，除了Si/SiO2的衍射峰，没出现与氧化镓结晶相关的峰，因此，对比例1、对比例2和实施例1中对应得到的样品A、B和C都为非晶氧化镓。
图3为本发明实施例1、2、3、4、5、6、7、8和9，以及对比例1和2制得的场效应晶体管的结构示意图。
图4为基于实施例1、对比例1和对比例2中得到的样品所制备的场效应晶体管的转移特性曲线，通过对比其开态电流可以看出采用共同溅射法和后退火的方法后的非晶氧化镓(即实施例1)的导电性逐步提升，实现了非晶氧化镓从绝缘体到半导体的转变，且可作为场效应晶体管的n型沟道层。其中，与对比例1相比，实施例1的开态电流被提升了5.6×107倍。此外退火后导电性的进一步提升反映出后退火有效提高了掺杂元素的激活。最终，基于退火后的锡掺杂氧化镓的场效应晶体管为增强型，具有2.8×10-1mA/mm的开态电流密度和4.4×105的开关比。图5和图6分别为实施例2和实施例3提供的场效应晶体管的转移特性曲线图，可以看出不同的退火条件都能显著改善非晶氧化镓的导电性，且可将得到的非晶氧化镓作为场效应晶体管的沟道层材料。
实施例4和实施例5为基于共同溅射氧化镓靶材和氧化锡靶材制备的样品的场效应晶体管，实施例4为在空气中退火，实施例5为在氮气中退火。实施例4和实施例5制备得到的场效应晶体管的开态电流在10-8A级别，其开态电流小于实施例1、2和3制备得到的晶体管。实施例6和7为基于共同溅射氧化镓靶材和金属锗靶材制备的样品的场效应晶体管，实施例6为在空气中退火，实施例7为在氮气中退火。实施例8和9为基于共同溅射氧化镓靶材和金属钽靶材制备的样品的场效应晶体管，实施例8为在空气中退火，实施例9为在氮气中退火。实施例6、7、8和9制备得到的场效应晶体管的源极电流密度小于实施例1、2、3、4和5制备得到的晶体管，可能是因为非锡掺杂元素的激活需要更高的退火温度才能显著改善氧化镓的导电性。因此，通过对比氧化镓靶材和不同的掺杂靶材共溅射，可以看出使用金属锡靶材与氧化镓靶材共溅射是最优的。图7为本发明实施例1的基于退火后的锡掺杂氧化镓的场效应晶体管的高压稳定性测试图，该晶体管的特性在200V的漏极偏置应力下持续600秒后几乎没有退化，这意味着其具有耐高压能力。
图8为本发明实施例1的基于退火后的锡掺杂氧化镓的场效应晶体管的击穿电压测试图，该晶体管在没有采用任何额外提高抗击穿特性(比如场板)结构的情况下仍然表现出了472V的击穿电压，表明制备的非晶氧化镓具有很好的抗击穿特性。
本发明上述实施例可将非晶氧化镓作为场效应晶体管沟道层的工艺方法，该工艺方法包括实现非晶氧化镓从绝缘体到半导体的转变及其场效应晶体管的制备；所述从绝缘体到半导体的转变是通过室温共同溅射法和后退火实现的；所述场效应晶体管包括具有栅极和栅介质层的衬底，非晶氧化镓沟道层、源极和漏极。本发明实现了非晶氧化镓从绝缘体到半导体的转变，显著改善了非晶氧化镓导电性，提高了掺杂元素的激活，该方法工艺可控性强，操作简便，成本低，有利于大面积制备；基于该方法，本发明实现了以非晶氧化镓为沟道层的场效应晶体管，该晶体管表现出增强型的工作模式，具有良好的开态电流、高开关比、200V的高压稳定性和472V的击穿电压，这将有利于推动基于氧化镓的晶体管、功率器件、光电探测器、异质集成和柔性器件等设备的实业化进程和工业化发展。并且，尤为需要指出的是，本发明的共同溅射过程可以仅需要在室温环境下进行即可，相较于本领域其他制备方法的1000摄氏度左右，其对操作过程的参数要求大大降低，并且，基于后退火操作的协同，最终依然能够形成从绝缘体到半导体的转变，大大降低了其制备难度。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料的制备方法，其特征在于，包括：
S10、采用氧化镓靶材和至少一个掺杂靶材进行共同溅射，获得掺杂有掺杂元素的预制氧化镓；
S20、将步骤S10中的预制氧化镓在真空或气体存在的环境下进行后退火，得到用于场效应晶体管的沟道层材料。
2.根据权利要求1所述的一种制备方法，其特征在于，步骤S10中，每个所述掺杂靶材含有锡、硅、铬、锗、铌、钽、锆和钛元素中的一种或多种；
优选地，所述掺杂靶材的材料为金属锡和/或金属锡的化合物；
进一步优选地，所述掺杂靶材的材料为金属锡；
更为优选地，所述金属锡的化合物选自氧化锡。
3.根据权利要求1或2所述的一种制备方法，其特征在于，所述氧化镓靶材为采用射频磁控溅射，所述掺杂靶材为采用直流磁控溅射和/或射频磁控溅射；
优选地，共同溅射过程的时间不低于300s；
更为优选地，共同溅射过程的时间为3000-4200s。
4.根据权利要求1或2所述的一种制备方法，其特征在于，步骤S20中，所述后退火过程为快退火或慢退火；且，
所述气体环境中的气体选自氮气、空气、氩气或氮氧混合气；
所述后退火过程的温度不低于350℃，保温时间不低于5min。
5.根据权利要求4所述的一种制备方法，其特征在于，所述后退火过程为快退火；
所述气体环境中的气体选自空气；
所述后退火过程的退火温度为380-450℃，保温时间为1-2h。
6.一种用于场效应晶体管的非晶氧化镓沟道层材料，其特征在于，采用权利要求1-5中任意一项所述的制备方法制得。
7.一种场效应晶体管，包括形成有栅极和栅介质层的衬底，以及沟道层、源极和漏极，其特征在于，所述沟道层由如权利要求6所述的非晶氧化镓沟道层材料形成。
8.根据权利要求7所述的一种场效应晶体管，其特征在于，所述衬底为Si/SiO2衬底；
所述栅极为衬底中的n型重掺杂Si；
所述栅介质层为衬底中SiO2；
所述源极和所述漏极各自为Cr/Ag金属叠层；
优选地，所述源极和所述漏极之间形成的沟道的宽长比为3-7：1。
9.一种如权利要求7或8所述的场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：
S100、选择衬底，在衬底上划分出栅极和栅介质层；
S200、在衬底的表面共同溅射氧化镓靶材和至少一个掺杂靶材，以在衬底表面沉积获得预制氧化镓；
S300、对沉积有预制氧化镓的衬底进行后退火处理，得到预制件；
S400、在后退火处理后的预制件上的预制氧化镓表面蒸镀形成Cr/Ag金属叠层，对应形成为源极和漏极，获得场效应晶体管。
10.根据权利要求9所述的一种制备方法，其特征在于，步骤S200中，共同溅射过程中的工作参数为：本底真空度不大于2×10-4Pa；工作压强为0.2～5Pa；生长温度为不低于20℃；氧化镓靶材的溅射功率不低于30W；掺杂靶材的溅射功率不低于3W；
优选地，步骤S200中包括在共同溅射过程中同时通入溅射气体和反应气体，且通入溅射气体的流量为10～100sccm，通入反应气体的流量为3～20sccm；共同溅射过程的时间不低于300s；
更为优选地，所述溅射气体为氩气，所述反应气体为氧气。
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