场效应二极管的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种场效应二极管，包括：依次堆叠的导电层、绝缘层和沟道层；与所述沟道层接触的第一电极和第二电极，所述第二电极与所述导电层电连接。本实用新型的场效应二极管具有高整流比。
【专利说明】
场效应二极管
技术领域
[0001]本实用新型涉及半导体器件领域，具体涉及一种二极管。
【背景技术】
[0002]由于硅的带隙宽度(1.12eV)和锗的带隙宽度(0.66eV)较小，因此基于硅、锗制备的PN结二极管和肖特基结二极管的耐受性能差，即在高温、高电压、大电流或光照等情况下工作会出现性能退化问题。
[0003]为了提高二极管的耐受性能，通常选用宽带隙(即带隙大于2eV)半导体制备二极管，例如选用带隙为3.2eV的SiC、带隙为3.4eV的GaN或带隙为3.4eV的ZnO。然而，宽带隙半导体难以同时作为N型和P型材料，因此无法制备同质PN结二极管。而异质PN结由于界面质量差从而带来了诸多问题。另外，宽带隙半导体的电子亲和势较大(通常大于4.2eV)，难以与常用金属形成高的肖特基势皇，制备得到的肖特基二极管的反向电流大、整流性能差。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题是提供一种场效应二极管。
[0005]本实用新型的实施例提供了一种场效应二极管，包括:
[0006]依次堆叠的导电层、绝缘层和沟道层；
[0007]与所述沟道层接触的第一电极和第二电极，所述第二电极与所述导电层电连接。
[0008]优选的，所述第一电极和第二电极位于所述沟道层的同一侧面。
[0009]优选的，所述沟道层位于所述第一电极和绝缘层之间。
[0010]优选的，所述场效应二极管还包括与所述绝缘层和沟道层的侧面接触的导电柱，所述第二电极通过所述导电柱与所述导电层电连接。
[0011]优选的，所述第二电极包括分布在所述第一电极相对两侧的两个电极。
[0012]优选的，所述第二电极呈环状，所述第一电极位于所述第二电极的中心。
[0013]优选的，所述场效应二极管还包括衬底，所述导电层位于所述衬底上。
[0014]优选的，所述场效应二极管还包括绝缘衬底，所述第一电极和第二电极位于所述绝缘衬底上。
[0015]优选的，所述导电层作为所述场效应二极管的衬底。
[0016]优选的，所述场效应二极管还包括位于所述导电层表面上的电极块。
[0017]本实用新型的场效应二极管是一种非结型的二极管，并不存在界面质量差、反向电流大等问题。该场效应二极管具有单向导电性能，其整流比比硅锗二极管的整流比高3-4个数量级。
【附图说明】
[0018]以下参照附图对本实用新型实施例作进一步说明，其中:
[0019]图1是根据本实用新型第一个实施例的场效应二极管的剖视图。
[0020]图2是图1所示的场效应二极管的伏安特性曲线图。
[0021 ]图3是图1所示的场效应二极管的整流电路图。
[0022]图4是图3所不的场效应二极管整流后输出电压波形图。
[0023]图5是根据本实用新型第二个实施例的场效应二极管的剖视图。
[0024]图6是根据本实用新型第三个实施例的场效应二极管的剖视图。
[0025]图7是根据本实用新型第四个实施例的场效应二极管的剖视图。
[0026]图8是根据本实用新型第五个实施例的场效应二极管的剖视图。
【具体实施方式】
[0027]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本实用新型进一步详细说明。
[0028]图1是根据本实用新型第一个实施例的场效应二极管的剖视图。如图1所示，场效应二极管10从下到上依次包括玻璃衬底11、氧化铟锡导电层12、氧化铝绝缘层13、氧化锌沟道层14，位于氧化锌沟道层14上的第一电极151和设置在第一电极151相对两侧的第二电极152、152’，以及与氧化铝绝缘层13和氧化锌沟道层14的相对两个侧面接触的导电柱162、162’。其中第二电极152、152’分别通过导电柱162、162’电连接至氧化铟锡导电层12。
[0029]由于氧化铟锡导电层12/氧化铝绝缘层13/氧化锌沟道层14形成了一个金属/氧化物/半导体电容(MOSCAP)结构，因此施加在氧化铟锡导电层12上的正电压用于调节氧化锌沟道层14中载流子(电子)的浓度分布，使得氧化锌沟道层14表面(靠近氧化铝绝缘层13)的载流子浓度上升，从而形成导电沟道(即导电沟道开启)，因此在第二电极152、152’与第一电极151之间具有电流。而在第一电极151上施加正电压时，导电沟道内的载流子将被耗尽(即导电沟道关闭)，此时场效应二极管10处于反向截止状态。图2是图1所示的场效应二极管的伏安特性曲线图。其中第二电极152、152’作为正极，第一电极151作为负极。从图2可以看出，随着正极上的电压增加，场效应二极管10中的电流(即正向电流)迅速增大。而场效应二极管10中的反向电流并不随电压增加而增加。本实施例的场效应二极管10具有单向导电性能，其整流比大约为5X108，比硅锗二极管的整流比高3-4个数量级。
[0030]图3是图1所示的场效应二极管的整流电路图。波形发生器1、场效应二极管10和阻值为15兆欧姆的电阻2串联连接，示波器3连接在电阻2两端用于测量电阻2两端的输出电压。
[0031]图4是图3所示的场效应二极管整流后输出电压波形图。如图4所示，波形发生器I提供的输入电压是一系列不同幅值的正弦交流电，输出电压是一系列不同幅值的正极性电压信号。场效应二极管10将正弦交流电的负半周过滤，因此实现了半波整流的功能。
[0032]以下将简述场效应二极管10的制备方法。首先使用射频磁控溅射技术在洁净的玻璃衬底11上制备厚度为100纳米的氧化铟锡导电层12，接着使用原子层沉积技术在氧化铟锡导电层12上制备厚度为50纳米的氧化铝绝缘层13并对其图形化，使用射频磁控溅射技术在氧化铝绝缘层13上制备厚度为50纳米的氧化锌沟道层14并对其图形化，使用射频磁控溅射技术在氧化锌沟道层14上沉积氧化铟锡电极层，形成与氧化铝绝缘层13和氧化锌沟道层14的两个侧面接触的导电柱162、162’，最后使用紫外光刻技术使得氧化锌沟道层14上的氧化铟锡电极层形成第一电极151和第二电极152、152’。
[0033]图5是根据本实用新型第二个实施例的场效应二极管20的剖视图。其与图1基本相同，区别在于，第一电极251位于呈环状的第二电极252的中心。当在第二电极252和第一电极251之间施加正向导通电压后，导电沟道中的载流子是从氧化锌沟道层24的导电沟道的中心向四周运动，相比于场效应二极管10，增加了导电沟道的面积，因此减小了场效应二极管20的正向导通电阻。其工作原理和整流性能与场效应二极管10相同，在此不再赘述。
[0034]图6是根据本实用新型第三个实施例的场效应二极管30的剖视图，其与图1基本相同，区别在于，第一电极351和第二电极352、352’设置在绝缘衬底31上。由于与第二电极352、352’电连接的氧化铟锡导电层32位于绝缘衬底31的最上层，因此可以非常方便地在氧化铟锡导电层32上焊接电极引线(图6未示出)。当在导电层32上施加正电压后，同样在氧化锌沟道层34的表面(靠近氧化铝绝缘层33)形成导电沟道，其工作原理和整流性能与场效应二极管10相同，在此不再赘述。
[0035]图7是根据本实用新型第四个实施例的场效应二极管40的剖视图，其与图1基本相同，区别在于，场效应二极管40具有由不锈钢制成的导电衬底41，导电衬底41除了用作衬底夕卜，还作为场效应二极管40中的导电层(S卩MOSCAP结构中的金属)，因此省略了导电衬底41上的导电层的制备工艺，成本低、结构简单。当在导电衬底41上施加正电压后，同样在氧化锌沟道层44的表面(靠近氧化铝绝缘层43)形成导电沟道，其工作原理和整流性能与场效应二极管10相同，在此不再赘述。
[0036]图8是根据本实用新型第五个实施例的场效应二极管的剖视图，其与图7基本相同，区别在于，场效应二极管50还包括设置在导电衬底51上的电极块52。将电极引线(图8未示出)焊接在电极块52上可以获得较大的抗拉强度，避免电极引线与导电衬底51直接连接带来的脱落问题。
[0037]根据本实用新型的其他实施例，场效应二极管具有多于或少于两个第二电极。
[0038]根据本实用新型的其他实施例，导电柱可选用与第二电极、导电层不同的导电材料，只要能使得第二电极和导电层之间形成电连接即可。
[0039]基于本实用新型的场效应二极管的上述工作原理，本领域的技术人员可知，上述实施例中的沟道层材料包括但不限于硅，锗，氧化铟，铟锌氧，铟镓锌氧，氮化镓，碳化硅，并五苯，红荧烯，高3-已基噻吩，石墨烯，二硫化钼等半导体材料。第一电极、第二电极的材料并不限于是氧化铟锡，还可以是导电金属或导电金属氧化物，例如镓锌氧(GZO)、铝锌氧(AZO)或氟锡氧(FT0)。绝缘层的材料并不限于是氧化铝，还可以是氧化硅，氮化硅，氧化铪，氧化锆，聚甲基丙烯酸甲酯等绝缘材料。衬底材料并不限于是玻璃，还可以是硅，蓝宝石，聚酰亚胺，聚萘二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
[0040]虽然本实用新型已经通过优选实施例进行了描述，然而本实用新型并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本实用新型范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
【主权项】
1.一种场效应二极管，其特征在于，包括: 依次堆叠的导电层、绝缘层和沟道层； 与所述沟道层接触的第一电极和第二电极，所述第二电极与所述导电层电连接。2.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述第一电极和第二电极位于所述沟道层的同一侧面。3.根据权利要求2所述的场效应二极管，其特征在于，所述沟道层位于所述第一电极和绝缘层之间。4.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括与所述绝缘层和沟道层的侧面接触的导电柱，所述第二电极通过所述导电柱与所述导电层电连接。5.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述第二电极包括分布在所述第一电极相对两侧的两个电极。6.根据权利要求1所述的场效应二极管，其特征在于，所述第二电极呈环状，所述第一电极位于所述第二电极的中心。7.根据权利要求1至6中任一项所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括衬底，所述导电层位于所述衬底上。8.根据权利要求1至5中任一项所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括绝缘衬底，所述第一电极和第二电极位于所述绝缘衬底上。9.根据权利要求1至6中任一项所述的场效应二极管，其特征在于，所述导电层作为所述场效应二极管的衬底。10.根据权利要求9所述的场效应二极管，其特征在于，所述场效应二极管还包括位于所述导电层表面上的电极块。
【文档编号】H01L29/87GK205542798SQ201620054295
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年1月20日
【发明人】张永晖, 梅增霞, 梁会力, 杜小龙
【申请人】中国科学院物理研究所