申請號：201710331449.X
       申請人：西安交通大學
       發明人：王宏興 王艷豐 王瑋 常曉慧 張景文 卜忍安 侯洵

       摘要： 本發明公開了一種金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管及其制備方法；該場效應晶體管，包含金剛石襯底、背柵極、源極、柵引出電極、漏極和單晶金剛石外延薄膜；金剛石襯底上設有背柵極，背柵極上設有柵引出電極；金剛石襯底的上表面覆蓋一層單晶金剛石外延薄膜，單晶金剛石外延薄膜將背柵極包裹于其中，柵引出電極的上部伸出單晶金剛石外延薄膜的頂部；單晶金剛石外延薄膜上還設有源極和漏極。本發明采用背柵型設計，將導電部分全部裸露出來，這樣即使在長期使用或是高溫過沖條件下造成氫終端導電溝道退化甚至失效的情況下，可以將器件置于氫等離子體環境中，使得導電溝道表面區域得到重新氫化，恢復導電性能，實現場效應晶體管的重復使用。        主權利要求：1.金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，包含金剛石襯底(1)、背柵極(2)、源極(3)、柵引出電極(4)、漏極(5)和單晶金剛石外延薄膜(6)；金剛石襯底(1)上設有背柵極(2)，背柵極(2)上設有柵引出電極(4)；金剛石襯底(1)的上表面覆蓋一層單晶金剛石外延薄膜(6)，單晶金剛石外延薄膜(6)將背柵極(2)包裹于其中，柵引出電極(4)的上部伸出單晶金剛石外延薄膜(6)的頂部；單晶金剛石外延薄膜(6)上還設有源極(3)和漏極(5)。
       2.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，源極(3)和漏極(5)分別位于未露出單晶金剛石外延薄膜(6)的背柵極(2)的兩側，源極(3)和漏極(5)間距大于背電極(2)的寬度；源極(3)和漏極(5)的范圍小于或等于未露出的背柵極(2)范圍。
       3.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，源極(3)和漏極(5)設置于氫化的單晶金剛石外延薄膜(6)上，并與氫化的單晶金剛石外延薄膜(6)形成歐姆接觸。
       4.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，單晶金剛石外延薄膜(6)表面上源極(3)、漏極(5)及源極(3)和漏極(5)之間部分以外的區域經過電學隔離處理。
       5.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，背柵極(2)厚度為0.001-1μm；源極(3)和漏極(5)厚度為0.07-1μm；單晶金剛石外延薄膜(6)為本征金剛石材料；單晶金剛石外延薄膜(6)在背柵極上面部分的厚度高出背柵極(2)0.001-5μm，電阻率大于100MΩ·cm，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于5cm-1，X射線衍射半峰寬小于0.05°。
       6.根據權利要求1所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管，其特征在于，金剛石襯底(1)為本征金剛石材料，均方根表面粗糙度小于0.5nm，拉曼半峰寬小于6cm-1，X射線衍射半峰寬小于0.1°。
       7.金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
       1)、對金剛石襯底(1)進行酸堿處理，并吹干；
       2)、在金剛石襯底(1)表面形成背柵極(2)；
       3)、在金剛石襯底(1)和背柵極(2)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(6)；
       4)、利用刻蝕技術對部分背柵極(2)正上面的單晶金剛石外延薄膜(6)進行刻蝕，直到露出該部分背柵極(2)；
       5)、在露出的背柵極(2)部分形成引出柵引出電極(4)；
       6)、對單晶金剛石外延薄膜(6)進行氫化處理，在其表面下得到二維空穴氣，并對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(6)清洗；
       7)、在單晶金剛石外延薄膜(6)表面形成源極(3)和漏極(5)；源極(3)和漏極(5)間距大于背電極(2)的寬度；源極(3)和漏極(5)分別位于未露出的背柵極(2)的兩側；源極(3)和漏極(5)的范圍小于或等于未露出的背柵極(2)范圍；
       8)、遮蓋單晶金剛石外延薄膜(6)表面上源極(3)、漏極(5)及源極(3)和漏極(5)之間部分，并對未遮蓋部分進行電學隔離，然后清洗，得到金剛石基背柵型場效應晶體管。
       8.根據權利要求7所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟6)中氫化處理是在單晶金剛石外延薄膜表面下得到二維空穴氣層；其載流子濃度為2×1011-2×1015cm2，遷移率為20-200cm2/V·s，方塊電阻小于20KΩ/□。
       9.根據權利要求7所述的金剛石基背柵型氫終端場效應晶體管的制備方法，其特征在于，步驟8)中的電學隔離是對單晶金剛石外延薄膜(6)裸露表面處理，并使其電阻率大于100MΩ·cm。