Алмазный транзистор


H01L21 - Способы и устройства для изготовления или обработки полупроводниковых приборов или приборов на твердом теле или их частей (способы и устройства, специально предназначенные для изготовления и обработки приборов, относящихся к группам H01L 31/00- H01L 49/00, или их частей, см. эти группы; одноступенчатые способы изготовления, содержащиеся в других подклассах, см. соответствующие подклассы, например C23C,C30B; фотомеханическое изготовление текстурированных поверхностей или поверхностей с рисунком, материалы или оригиналы для этой цели; устройства, специально предназначенные для этой цели вообще G03F)[2]

 

Полезная модель относится к приборам электронной техники. Предложена структура алмазного транзистора, включающего алмазный изолирующий кристалл, на который нанесен алмазный электропроводящий слой с контактами истока и стока, и диэлектрический слой, расположенный между контактами истока и стока с металлическим контактом затвора, нанесенным на диэлектрический слой, отличающаяся тем, что контакты истока и стока выполнены в виде многослойной структуры Ti/TiN/Ti/Au, а между алмазным электропроводящим слоем и диэлектрическим слоем, расположенным между истоком и стоком, сформирован слой алмаза, обработанный водородной плазмой. 1 п. формулы полезной модели, иллюстрации - 1 фиг.

Полезная модель относится к транзисторам на основе алмаза. Известно, что алмаз не имеет доноров или акцепторов с мелкими уровнями, расположенными в запрещенной зоне. Самый мелкий уровень - это акцепторный уровень бора, расположенный выше валентной зоны и имеющий энергию 0,37 эВ. Вследствие этого при комнатной температуре концентрация дырок примерно в 1000 раз меньше концентрации акцепторов. Мелкие уровни на поверхности алмаза можно создавать, обрабатывая алмаз при высокой температуре ~800°С в водородной плазме [1]. Однако, при создании омических контактов на основе карбидообразующего элемента - титана тончайший слой водородно-обработанного алмаза растворяется в титане и исчезает, вследствие чего титан контактирует с изолирующим слоем, что не позволяет получать достаточно низкое сопротивление омического контакта и низкое сопротивление между истоком и стоком алмазного транзистора.

В качестве прототипа настоящей полезной модели выбрана модель алмазного транзистора [2]. Транзистор содержит алмазную изолирующую подложку, нанесенный поверх изолирующей подложки электропроводящий алмазный слой, контакты истока и стока, расположенные на электропроводящем слое, стой изолятора, расположенный поверх электропроводящего слоя и контакт затвора на слое изолятора. Дополнительно контакты истока и стока состоят из Ti или Мо или из сплавов этих металлов, а контакт затвора состоит из Ti или Мо или из Au.

Недостатком прототипа также является высокое сопротивление электропроводящего слоя между истоком и стоком, так как электропроводность создается за счет введения уровней бора, которые для тонкого электропроводящего слоя хотя и имеют энергию меньше 0,37 эВ, но все же не позволяют получать высокую концентрацию дырок при комнатной температуре. Так как омические контакты истока и стока создаются на электропроводящем слое, их сопротивление меньше, чем сопротивление омических контактов на изолирующем слое.

Техническим результатом создания полезной модели алмазного транзистора является уменьшение сопротивления канала между контактами истока и стока при сохранении устойчивости уменьшенного контактного сопротивления контактов истока и стока.

При этом появляется возможность создания пониженного сопротивления канала алмазного транзистора. Новизна полезной модели заключается в том, что между алмазным электропроводящим слоем и диэлектрическим слоем, расположенным между истоком и стоком, сформирован слой алмаза, обработанный водородной плазмой, а контакты истока и стока выполнены в виде многослойной структуры Ti/TiN/Ti/Au.

На фиг.1 представлена полезная модель алмазного транзистора, где 1 - алмазный изолирующий кристалл; 2 - слой электропроводящего алмаза; 3 - слой титана; 4 - слой нитрида титана; 5 - слой титана; 6 - слой золота; 7 - слой алмаза, обработанный водородной плазмой; 8 - слой изолятора Al2 O3, или SiO2, или Si3N4 ; 9 - контакт затвора.

Толщина первого слоя (3) Ti порядка 40 нм, толщина слоя (4) TiN порядка 60 нм, толщина второго слоя (5) Ti порядка 5 нм и толщина слоя (6) Au порядка 1 мкм. Слой изолятора 8 состоит из Al2O3 . Этот слой изолятора можно сформировать также на основе таких диэлектрических пленок, как SiO2 или Si3 N4.

Указанная многослойная структура контактов истока и стока остается устойчивой при температуре порядка 800°С, которая используется для формирования слоя алмаза, обработанного в водородной плазме. При этом слой алмаза, обработанный в водородной плазме, создается после создания многослойной структуры истока и стока до формирования диэлектрического слоя и контакта затвора на этом слое.

Испытание алмазного транзистора показали, что сопротивление канала при комнатной температуре примерно на порядок величины ниже, чем сопротивление канала алмазного транзистора по прототипу.

Литература

1. Makoto Kasu, Hisashi Sato, and Kazuyuki Hirama. Thermal stabilization of Hole Channel on H-Terminated Diamond Surface by Using Atomic-Layer-Deposited Al2O3 Overlayer and its Electric Properties // Applied Physics Express 5 (2012) 025701.

2. Патент США US 0060864 A1 All Diamond Self-aligned thin film transistor.. опубликовано 23.03.2006

Алмазный транзистор, включающий алмазный изолирующий кристалл, на который нанесен алмазный электропроводящий слой с контактами истока и стока, и диэлектрический слой, расположенный между контактами истока и стока с металлическим контактом затвора, нанесенным на диэлектрический слой, отличающийся тем, что контакты истока и стока выполнены в виде многослойной структуры Ti/TiN/Ti/Au, а между алмазным электропроводящим слоем и диэлектрическим слоем, расположенным между истоком и стоком, сформирован слой алмаза, обработанный водородной плазмой.



 

Похожие патенты:

Техническим результатом микросхемы с защитой от обратного проектирования в материале корпуса (мдф или поликарбонат) является повышение безопасности устройства посредством исключения искрения при операциях налив/слив легковоспламеняющейся жидкости или сжиженного газа
Наверх