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       申请号：201710188701.6
       申请人：西安交通大学
       发明人：王宏兴 王艳丰 王玮 常晓慧 李硕业 张景文 卜忍安 侯洵

       摘要： 本发明公开了一种金刚石基常关型场效应晶体管，包括金刚石衬底，上设置有单晶金刚石外延薄膜，单晶金刚石外延薄膜的表面设置有源区以及包围有源区的器件隔离区，有源区为二维空穴气，有源区的上方依次间隔设置有源极、栅极和漏极，有源区的表面设置有导电沟道；导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节所述导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性，以提供一种可以在高压、高频电子领域广泛应用的常关型器件。        主权利要求：1.金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，包括金刚石衬底(1)，所述(1)上设置有单晶金刚石外延薄膜(2)，所述单晶金刚石外延薄膜(2)的表面经过处理后划分为有源区(3)以及包围有源区(3)的器件隔离区(7)，所述有源区(3)为二维空穴气，所述有源区(3)的上方依次间隔设置有源极(4)、栅极(6)和漏极(5)，所述有源区(3)的表面设置有导电沟道；所述导电沟道包括氢终端与氧终端、或氢终端与氟终端交替设置的沟道，通过表面处理技术调节所述导电沟道的氧化或氟化程度的强弱，进而调节对氧终端或氟终端临近的氢终端部分的耗尽程度，实现栅偏压零时器件的关断特性。
       2.如权利要求1所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述导电沟道包括交替设置的横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)，所述横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)的两端分别指向源极(4)和漏极(5)。
       3.如权利要求2所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述的横向沟道隔离区(8)为有源区(3)经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于100MΩ·cm。
       4.如权利要求1所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述导电沟道包括从所述源极(4)向所述漏极(5)方向依次交替设置的纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)。
       5.如权利要求4所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述的纵向沟道隔离区(10)为有源区(3)经过选择性表面处理技术处理后所形成的区域，其电阻率大于10-2Ω·cm。
       6.如权利要求2或3所述的金刚石基常关型场效应晶体管，其特征在于，所述导电沟道为条状、圆形的凹槽、方形的凹槽或三角形的凹槽。
       7.一种如权利要求1-6中任意一项所述的金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理，并吹干；步骤2、在金刚石衬底(1)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(2)；步骤3、对单晶金刚石外延薄膜(2)进行氢化处理，在其表面得到二维空穴气，即形成有源区(3)；步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成源极(4)和漏极(5)；步骤5、遮盖单晶金刚石外延薄膜(2)表面有源区(3)，然后对器件进行电学隔离，围绕有源区(3)形成器件隔离区(7)，然后清洗电学隔离后的样品；步骤6、在有源区(3)制造横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；或在有源区(3)制造纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)图形，然后使用表面处理技术对其处理，然后清洗样品表面；步骤7、在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成栅极(6)，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
       8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤6表面处理技术使用氧等离子、氟等离子或臭氧处理单晶金刚石外延薄膜(2)裸露表面，使横向沟道隔离区(8)的电阻率大于100MΩ·cm，纵向沟道隔离区(10)电阻率大于10-2Ω·cm。
       9.一种如权利要求1-6中任意一项所述的金刚石基常关型场效应晶体管的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、对金刚石衬底(1)进行酸碱处理，并吹干；步骤2、在金刚石衬底(1)上外延得到单晶金刚石外延薄膜(2)；步骤3、对单晶金刚石外延薄膜(2)进行氢化处理，在其表面下得到二维空穴气，即形成有源区(3)；步骤4、对氢化后的单晶金刚石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技术、金属沉积技术和剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成源极(4)、漏极(5)、横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)的金属图形；或形成源极(4)、漏极(5)、纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)的金属图形；步骤5、利用表面处理技术对步骤4样品进行处理，形成横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)以及有源区(3)；或利用表面处理技术对步骤4)样品进行处理，形成纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)以及有源区(3)；步骤6、去除横向沟道隔离区(8)金属，并形成器件隔离区(7)，然后清洗样品；或去除纵向沟道隔离区(10)金属，并形成器件隔离区(7)，然后清洗样品。步骤7、利用光刻技术、金属沉积技术、剥离技术在单晶金刚石外延薄膜(2)表面形成栅极(6)，得到金刚石基常关型场效应晶体管。
       10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤4中源极(4)、漏极(5)、横向沟道隔离区(8)和横向氢终端沟道区(9)、或纵向沟道隔离区(10)和纵向氢终端沟道区(11)的金属图形均为可被干法刻蚀或湿法刻蚀清除干净的材料，且它们的厚度相同。