АЛМАЗНЫЙ ТРАНЗИСТОР

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.
2
3
2
3
4
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 AlO, или SiO, или SiN; 9 - контакт затвора.
2
3
2
3
4
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 AlO. Этот слой изолятора можно сформировать также на основе таких диэлектрических пленок, как SiO или SiN.
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
2
3
1. Makoto Kasu, Hisashi Sato, and Kazuyuki Hirama. Thermal stabilization of Hole Channel on H-Terminated Diamond Surface by Using Atomic-Layer-Deposited AlO 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