場(chǎng)效應(yīng)二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種場(chǎng)效應(yīng)二極管，包括：依次堆疊的導(dǎo)電層、絕緣層和溝道層；與所述溝道層接觸的第一電極和第二電極，所述第二電極與所述導(dǎo)電層電連接。本實(shí)用新型的場(chǎng)效應(yīng)二極管具有高整流比。
【專利說明】
場(chǎng)效應(yīng)二極管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體涉及一種二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]由于硅的帶隙寬度(1.12eV)和鍺的帶隙寬度(0.66eV)較小，因此基于硅、鍺制備的PN結(jié)二極管和肖特基結(jié)二極管的耐受性能差，即在高溫、高電壓、大電流或光照等情況下工作會(huì)出現(xiàn)性能退化問題。
[0003]為了提高二極管的耐受性能，通常選用寬帶隙(即帶隙大于2eV)半導(dǎo)體制備二極管，例如選用帶隙為3.2eV的SiC、帶隙為3.4eV的GaN或帶隙為3.4eV的ZnO。然而，寬帶隙半導(dǎo)體難以同時(shí)作為N型和P型材料，因此無法制備同質(zhì)PN結(jié)二極管。而異質(zhì)PN結(jié)由于界面質(zhì)量差從而帶來了諸多問題。另外，寬帶隙半導(dǎo)體的電子親和勢(shì)較大(通常大于4.2eV)，難以與常用金屬形成高的肖特基勢(shì)皇，制備得到的肖特基二極管的反向電流大、整流性能差。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種場(chǎng)效應(yīng)二極管。
[0005]本實(shí)用新型的實(shí)施例提供了一種場(chǎng)效應(yīng)二極管，包括:
[0006]依次堆疊的導(dǎo)電層、絕緣層和溝道層；
[0007]與所述溝道層接觸的第一電極和第二電極，所述第二電極與所述導(dǎo)電層電連接。
[0008]優(yōu)選的，所述第一電極和第二電極位于所述溝道層的同一側(cè)面。
[0009]優(yōu)選的，所述溝道層位于所述第一電極和絕緣層之間。
[0010]優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括與所述絕緣層和溝道層的側(cè)面接觸的導(dǎo)電柱，所述第二電極通過所述導(dǎo)電柱與所述導(dǎo)電層電連接。
[0011]優(yōu)選的，所述第二電極包括分布在所述第一電極相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)電極。
[0012]優(yōu)選的，所述第二電極呈環(huán)狀，所述第一電極位于所述第二電極的中心。
[0013]優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括襯底，所述導(dǎo)電層位于所述襯底上。
[0014]優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括絕緣襯底，所述第一電極和第二電極位于所述絕緣襯底上。
[0015]優(yōu)選的，所述導(dǎo)電層作為所述場(chǎng)效應(yīng)二極管的襯底。
[0016]優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括位于所述導(dǎo)電層表面上的電極塊。
[0017]本實(shí)用新型的場(chǎng)效應(yīng)二極管是一種非結(jié)型的二極管，并不存在界面質(zhì)量差、反向電流大等問題。該場(chǎng)效應(yīng)二極管具有單向?qū)щ娦阅埽湔鞅缺裙桄N二極管的整流比高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。
【附圖說明】
[0018]以下參照附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步說明，其中:
[0019]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。
[0020]圖2是圖1所示的場(chǎng)效應(yīng)二極管的伏安特性曲線圖。
[0021 ]圖3是圖1所示的場(chǎng)效應(yīng)二極管的整流電路圖。
[0022]圖4是圖3所不的場(chǎng)效應(yīng)二極管整流后輸出電壓波形圖。
[0023]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。
[0024]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型第三個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。
[0025]圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第四個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。
[0026]圖8是根據(jù)本實(shí)用新型第五個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖。如圖1所示，場(chǎng)效應(yīng)二極管10從下到上依次包括玻璃襯底11、氧化銦錫導(dǎo)電層12、氧化鋁絕緣層13、氧化鋅溝道層14，位于氧化鋅溝道層14上的第一電極151和設(shè)置在第一電極151相對(duì)兩側(cè)的第二電極152、152’，以及與氧化鋁絕緣層13和氧化鋅溝道層14的相對(duì)兩個(gè)側(cè)面接觸的導(dǎo)電柱162、162’。其中第二電極152、152’分別通過導(dǎo)電柱162、162’電連接至氧化銦錫導(dǎo)電層12。
[0029]由于氧化銦錫導(dǎo)電層12/氧化鋁絕緣層13/氧化鋅溝道層14形成了一個(gè)金屬/氧化物/半導(dǎo)體電容(MOSCAP)結(jié)構(gòu)，因此施加在氧化銦錫導(dǎo)電層12上的正電壓用于調(diào)節(jié)氧化鋅溝道層14中載流子(電子)的濃度分布，使得氧化鋅溝道層14表面(靠近氧化鋁絕緣層13)的載流子濃度上升，從而形成導(dǎo)電溝道(即導(dǎo)電溝道開啟)，因此在第二電極152、152’與第一電極151之間具有電流。而在第一電極151上施加正電壓時(shí)，導(dǎo)電溝道內(nèi)的載流子將被耗盡(即導(dǎo)電溝道關(guān)閉)，此時(shí)場(chǎng)效應(yīng)二極管10處于反向截止?fàn)顟B(tài)。圖2是圖1所示的場(chǎng)效應(yīng)二極管的伏安特性曲線圖。其中第二電極152、152’作為正極，第一電極151作為負(fù)極。從圖2可以看出，隨著正極上的電壓增加，場(chǎng)效應(yīng)二極管10中的電流(即正向電流)迅速增大。而場(chǎng)效應(yīng)二極管10中的反向電流并不隨電壓增加而增加。本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管10具有單向?qū)щ娦阅埽湔鞅却蠹s為5X108，比硅鍺二極管的整流比高3-4個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0030]圖3是圖1所示的場(chǎng)效應(yīng)二極管的整流電路圖。波形發(fā)生器1、場(chǎng)效應(yīng)二極管10和阻值為15兆歐姆的電阻2串聯(lián)連接，示波器3連接在電阻2兩端用于測(cè)量電阻2兩端的輸出電壓。
[0031]圖4是圖3所示的場(chǎng)效應(yīng)二極管整流后輸出電壓波形圖。如圖4所示，波形發(fā)生器I提供的輸入電壓是一系列不同幅值的正弦交流電，輸出電壓是一系列不同幅值的正極性電壓信號(hào)。場(chǎng)效應(yīng)二極管10將正弦交流電的負(fù)半周過濾，因此實(shí)現(xiàn)了半波整流的功能。
[0032]以下將簡(jiǎn)述場(chǎng)效應(yīng)二極管10的制備方法。首先使用射頻磁控濺射技術(shù)在潔凈的玻璃襯底11上制備厚度為100納米的氧化銦錫導(dǎo)電層12，接著使用原子層沉積技術(shù)在氧化銦錫導(dǎo)電層12上制備厚度為50納米的氧化鋁絕緣層13并對(duì)其圖形化，使用射頻磁控濺射技術(shù)在氧化鋁絕緣層13上制備厚度為50納米的氧化鋅溝道層14并對(duì)其圖形化，使用射頻磁控濺射技術(shù)在氧化鋅溝道層14上沉積氧化銦錫電極層，形成與氧化鋁絕緣層13和氧化鋅溝道層14的兩個(gè)側(cè)面接觸的導(dǎo)電柱162、162’，最后使用紫外光刻技術(shù)使得氧化鋅溝道層14上的氧化銦錫電極層形成第一電極151和第二電極152、152’。
[0033]圖5是根據(jù)本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管20的剖視圖。其與圖1基本相同，區(qū)別在于，第一電極251位于呈環(huán)狀的第二電極252的中心。當(dāng)在第二電極252和第一電極251之間施加正向?qū)妷汉螅瑢?dǎo)電溝道中的載流子是從氧化鋅溝道層24的導(dǎo)電溝道的中心向四周運(yùn)動(dòng)，相比于場(chǎng)效應(yīng)二極管10，增加了導(dǎo)電溝道的面積，因此減小了場(chǎng)效應(yīng)二極管20的正向?qū)娮?。其工作原理和整流性能與場(chǎng)效應(yīng)二極管10相同，在此不再贅述。
[0034]圖6是根據(jù)本實(shí)用新型第三個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管30的剖視圖，其與圖1基本相同，區(qū)別在于，第一電極351和第二電極352、352’設(shè)置在絕緣襯底31上。由于與第二電極352、352’電連接的氧化銦錫導(dǎo)電層32位于絕緣襯底31的最上層，因此可以非常方便地在氧化銦錫導(dǎo)電層32上焊接電極引線(圖6未示出)。當(dāng)在導(dǎo)電層32上施加正電壓后，同樣在氧化鋅溝道層34的表面(靠近氧化鋁絕緣層33)形成導(dǎo)電溝道，其工作原理和整流性能與場(chǎng)效應(yīng)二極管10相同，在此不再贅述。
[0035]圖7是根據(jù)本實(shí)用新型第四個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管40的剖視圖，其與圖1基本相同，區(qū)別在于，場(chǎng)效應(yīng)二極管40具有由不銹鋼制成的導(dǎo)電襯底41，導(dǎo)電襯底41除了用作襯底夕卜，還作為場(chǎng)效應(yīng)二極管40中的導(dǎo)電層(S卩MOSCAP結(jié)構(gòu)中的金屬)，因此省略了導(dǎo)電襯底41上的導(dǎo)電層的制備工藝，成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。當(dāng)在導(dǎo)電襯底41上施加正電壓后，同樣在氧化鋅溝道層44的表面(靠近氧化鋁絕緣層43)形成導(dǎo)電溝道，其工作原理和整流性能與場(chǎng)效應(yīng)二極管10相同，在此不再贅述。
[0036]圖8是根據(jù)本實(shí)用新型第五個(gè)實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)二極管的剖視圖，其與圖7基本相同，區(qū)別在于，場(chǎng)效應(yīng)二極管50還包括設(shè)置在導(dǎo)電襯底51上的電極塊52。將電極引線(圖8未示出)焊接在電極塊52上可以獲得較大的抗拉強(qiáng)度，避免電極引線與導(dǎo)電襯底51直接連接帶來的脫落問題。
[0037]根據(jù)本實(shí)用新型的其他實(shí)施例，場(chǎng)效應(yīng)二極管具有多于或少于兩個(gè)第二電極。
[0038]根據(jù)本實(shí)用新型的其他實(shí)施例，導(dǎo)電柱可選用與第二電極、導(dǎo)電層不同的導(dǎo)電材料，只要能使得第二電極和導(dǎo)電層之間形成電連接即可。
[0039]基于本實(shí)用新型的場(chǎng)效應(yīng)二極管的上述工作原理，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可知，上述實(shí)施例中的溝道層材料包括但不限于硅，鍺，氧化銦，銦鋅氧，銦鎵鋅氧，氮化鎵，碳化硅，并五苯，紅熒烯，高3-已基噻吩，石墨烯，二硫化鉬等半導(dǎo)體材料。第一電極、第二電極的材料并不限于是氧化銦錫，還可以是導(dǎo)電金屬或?qū)щ娊饘傺趸?，例如鎵鋅氧(GZO)、鋁鋅氧(AZO)或氟錫氧(FT0)。絕緣層的材料并不限于是氧化鋁，還可以是氧化硅，氮化硅，氧化鉿，氧化鋯，聚甲基丙烯酸甲酯等絕緣材料。襯底材料并不限于是玻璃，還可以是硅，藍(lán)寶石，聚酰亞胺，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯等。
[0040]雖然本實(shí)用新型已經(jīng)通過優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，然而本實(shí)用新型并非局限于這里所描述的實(shí)施例，在不脫離本實(shí)用新型范圍的情況下還包括所作出的各種改變以及變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，包括: 依次堆疊的導(dǎo)電層、絕緣層和溝道層； 與所述溝道層接觸的第一電極和第二電極，所述第二電極與所述導(dǎo)電層電連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述第一電極和第二電極位于所述溝道層的同一側(cè)面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述溝道層位于所述第一電極和絕緣層之間。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括與所述絕緣層和溝道層的側(cè)面接觸的導(dǎo)電柱，所述第二電極通過所述導(dǎo)電柱與所述導(dǎo)電層電連接。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述第二電極包括分布在所述第一電極相對(duì)兩側(cè)的兩個(gè)電極。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述第二電極呈環(huán)狀，所述第一電極位于所述第二電極的中心。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括襯底，所述導(dǎo)電層位于所述襯底上。8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括絕緣襯底，所述第一電極和第二電極位于所述絕緣襯底上。9.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述導(dǎo)電層作為所述場(chǎng)效應(yīng)二極管的襯底。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的場(chǎng)效應(yīng)二極管，其特征在于，所述場(chǎng)效應(yīng)二極管還包括位于所述導(dǎo)電層表面上的電極塊。
【文檔編號(hào)】H01L29/87GK205542798SQ201620054295
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年1月20日
【發(fā)明人】張永暉, 梅增霞, 梁會(huì)力, 杜小龍
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院物理研究所