申請號：201710188701.6
       申請人：西安交通大學
       發明人：王宏興 王艷豐 王瑋 常曉慧 李碩業 張景文 卜忍安 侯洵

       摘要： 本發明公開了一種金剛石基常關型場效應晶體管，包括金剛石襯底，上設置有單晶金剛石外延薄膜，單晶金剛石外延薄膜的表面設置有源區以及包圍有源區的器件隔離區，有源區為二維空穴氣，有源區的上方依次間隔設置有源極、柵極和漏極，有源區的表面設置有導電溝道；導電溝道包括氫終端與氧終端、或氫終端與氟終端交替設置的溝道，通過表面處理技術調節所述導電溝道的氧化或氟化程度的強弱，進而調節對氧終端或氟終端臨近的氫終端部分的耗盡程度，實現柵偏壓零時器件的關斷特性，以提供一種可以在高壓、高頻電子領域廣泛應用的常關型器件。        主權利要求：1.金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，包括金剛石襯底(1)，所述(1)上設置有單晶金剛石外延薄膜(2)，所述單晶金剛石外延薄膜(2)的表面經過處理后劃分為有源區(3)以及包圍有源區(3)的器件隔離區(7)，所述有源區(3)為二維空穴氣，所述有源區(3)的上方依次間隔設置有源極(4)、柵極(6)和漏極(5)，所述有源區(3)的表面設置有導電溝道；所述導電溝道包括氫終端與氧終端、或氫終端與氟終端交替設置的溝道，通過表面處理技術調節所述導電溝道的氧化或氟化程度的強弱，進而調節對氧終端或氟終端臨近的氫終端部分的耗盡程度，實現柵偏壓零時器件的關斷特性。
       2.如權利要求1所述的金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，所述導電溝道包括交替設置的橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)，所述橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)的兩端分別指向源極(4)和漏極(5)。
       3.如權利要求2所述的金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，所述的橫向溝道隔離區(8)為有源區(3)經過選擇性表面處理技術處理后所形成的區域，其電阻率大于100MΩ·cm。
       4.如權利要求1所述的金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，所述導電溝道包括從所述源極(4)向所述漏極(5)方向依次交替設置的縱向溝道隔離區(10)和縱向氫終端溝道區(11)。
       5.如權利要求4所述的金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，所述的縱向溝道隔離區(10)為有源區(3)經過選擇性表面處理技術處理后所形成的區域，其電阻率大于10-2Ω·cm。
       6.如權利要求2或3所述的金剛石基常關型場效應晶體管，其特征在于，所述導電溝道為條狀、圓形的凹槽、方形的凹槽或三角形的凹槽。
       7.一種如權利要求1-6中任意一項所述的金剛石基常關型場效應晶體管的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、對金剛石襯底(1)進行酸堿處理，并吹干；步驟2、在金剛石襯底(1)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(2)；步驟3、對單晶金剛石外延薄膜(2)進行氫化處理，在其表面得到二維空穴氣，即形成有源區(3)；步驟4、對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技術、金屬沉積技術和剝離技術在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成源極(4)和漏極(5)；步驟5、遮蓋單晶金剛石外延薄膜(2)表面有源區(3)，然后對器件進行電學隔離，圍繞有源區(3)形成器件隔離區(7)，然后清洗電學隔離后的樣品；步驟6、在有源區(3)制造橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)圖形，然后使用表面處理技術對其處理，然后清洗樣品表面；或在有源區(3)制造縱向溝道隔離區(10)和縱向氫終端溝道區(11)圖形，然后使用表面處理技術對其處理，然后清洗樣品表面；步驟7、在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成柵極(6)，得到金剛石基常關型場效應晶體管。
       8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，步驟6表面處理技術使用氧等離子、氟等離子或臭氧處理單晶金剛石外延薄膜(2)裸露表面，使橫向溝道隔離區(8)的電阻率大于100MΩ·cm，縱向溝道隔離區(10)電阻率大于10-2Ω·cm。
       9.一種如權利要求1-6中任意一項所述的金剛石基常關型場效應晶體管的制備方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施：步驟1、對金剛石襯底(1)進行酸堿處理，并吹干；步驟2、在金剛石襯底(1)上外延得到單晶金剛石外延薄膜(2)；步驟3、對單晶金剛石外延薄膜(2)進行氫化處理，在其表面下得到二維空穴氣，即形成有源區(3)；步驟4、對氫化后的單晶金剛石外延薄膜(2)清洗，然后依次利用光刻技術、金屬沉積技術和剝離技術在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成源極(4)、漏極(5)、橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)的金屬圖形；或形成源極(4)、漏極(5)、縱向溝道隔離區(10)和縱向氫終端溝道區(11)的金屬圖形；步驟5、利用表面處理技術對步驟4樣品進行處理，形成橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)以及有源區(3)；或利用表面處理技術對步驟4)樣品進行處理，形成縱向溝道隔離區(10)和縱向氫終端溝道區(11)以及有源區(3)；步驟6、去除橫向溝道隔離區(8)金屬，并形成器件隔離區(7)，然后清洗樣品；或去除縱向溝道隔離區(10)金屬，并形成器件隔離區(7)，然后清洗樣品。步驟7、利用光刻技術、金屬沉積技術、剝離技術在單晶金剛石外延薄膜(2)表面形成柵極(6)，得到金剛石基常關型場效應晶體管。
       10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，步驟4中源極(4)、漏極(5)、橫向溝道隔離區(8)和橫向氫終端溝道區(9)、或縱向溝道隔離區(10)和縱向氫終端溝道區(11)的金屬圖形均為可被干法刻蝕或濕法刻蝕清除干凈的材料，且它們的厚度相同。