一種復(fù)合溝道m(xù)hemt微波振蕩器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波通信器件領(lǐng)域，具體涉及一種復(fù)合溝道MHEMT (變組分高電子迀移率晶體管)微波振蕩器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]微波振蕩器是微波接收系統(tǒng)中非常重要的元件。目前，常用的產(chǎn)生微波振蕩有兩大類，即電真空器件與固體器件。電真空器件主要包括微波電真空三極管、反射速調(diào)管、磁控管和返波管等；固體器件有晶體三極管、體效應(yīng)二極管(也稱耿氏二極管)和雪崩二極管等。由于電真空器件對(duì)制造環(huán)境與工藝要求比較苛刻，使得它的制造成本高，無法普及與推廣，因此在微波移動(dòng)通信設(shè)備中應(yīng)用較少。固體器件中傳統(tǒng)的硅基晶體三極管雖然制造技術(shù)較成熟，但是它固有的交流特性較差，能產(chǎn)生的特征頻率與振蕩頻率較小，對(duì)高速微波通信系統(tǒng)存在制約。體效應(yīng)二極管與雪崩二極管，雖然能產(chǎn)生較高的振蕩頻率，具有制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，但是存在輸出功率較低，需要外置放大電路等一系列工藝，增加了工藝難度，且該系統(tǒng)存在可重復(fù)性較差等缺點(diǎn)。
[0003]基于GaAs襯底HEMT(砷化鎵襯底高電子迀移率晶體管)技術(shù)的微波振蕩器件，利用器件工作的非線性產(chǎn)生高次諧波，晶體管的直流工作點(diǎn)，通常置于伏安特性的截止區(qū)，輸出回路則調(diào)諧在輸入頻率的η次諧波上，相比傳統(tǒng)的硅基晶體三極管具有較高的振蕩頻率，同時(shí)與體效應(yīng)二極管和雪崩二極管相比除了具有較高的輸出頻率外還具有一定的輸出功率增益，因此在微波振蕩器中的應(yīng)用開發(fā)上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)的GaAs襯底HEMT的溝道二維電子氣濃度和電子迀移率，受材料結(jié)構(gòu)的影響無法做到使得導(dǎo)電溝道電子迀移率與二維電子氣濃度均很大，使得器件工作的動(dòng)態(tài)范圍小，限制了 GaAs襯底HEMT器件在微波振蕩電路和微波通信中的發(fā)展。盡管InP襯底的高電子迀移率晶體管溝道在溝道中二維電子氣濃度與電子迀移率均較高，但是InP襯底的制造成本較高，材質(zhì)較脆，不利于的推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種復(fù)合溝道MHEMT微波振蕩器及其制備方法，其具有二維電子氣濃度高、溝道電子迀移率大、器件特征頻率和振蕩頻率高、以及制造工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]一種復(fù)合溝道MHEMT微波振蕩器的制備方法，包括步驟如下:
[0007]步驟I，在襯底層上依次外延生長(zhǎng)漸變緩沖層、緩存層、第二溝道層、一溝道層、隔離層、勢(shì)皇層、刻蝕停止層、第一帽層和第二帽層，形成樣品的外延臺(tái)面；
[0008]步驟2，勻膠光刻保護(hù)外延臺(tái)面；采用離子注入機(jī)進(jìn)行離子注入，使得溝道區(qū)域形成隔離；利用腐蝕液腐蝕第一帽層和第二帽層，隔離表層漏電，形成樣品的隔離臺(tái)面；
[0009]步驟3，勻膠光刻保護(hù)隔離臺(tái)面；采用電子束蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)源金屬和漏金屬，形成樣品的源漏歐姆接觸；
[0010]步驟4，對(duì)樣品采用3層電子束光刻膠，兩次曝光，一次顯影工藝后形成T型柵結(jié)構(gòu)，并作為樣品的柵槽腐蝕掩膜層；
[0011]步驟5，利用腐蝕液腐蝕刻蝕停止層、第一帽層和第二帽層，形成樣品的柵槽；
[0012]步驟6，利用電子束蒸發(fā)臺(tái)生長(zhǎng)柵金屬，之后進(jìn)行快速退火使柵金屬與勢(shì)皇層充分接觸形成埋柵，剝離后形成樣品的T型金屬柵；
[0013]步驟7，在樣品上生長(zhǎng)鈍化層，利用反應(yīng)離子刻蝕器件測(cè)試窗口，最終完成器件的制備。
[0014]上述步驟2、3、4和7中，在每次光刻之前都需要對(duì)樣品進(jìn)行HMDS表面預(yù)處理過程。
[0015]上述步驟2中，所述腐蝕液為檸檬酸與雙氧水混合溶液，且C6H8O7 = H2O2= 1:1 ;步驟5中，所述腐蝕液為稀鹽、磷酸和冰乙酸混合溶液，且HCl:H3P04:CH 3C00H:H20 = 1:1:2:2ο
[0016]上述步驟3中，源金屬和漏金屬各由N1、AuGe、Ni和Au自下而上疊加而成；步驟6中，柵金屬由Pt、T1、Pt和Au自下而上疊加而成。
[0017]上述步驟4中，3層電子束光刻自下而上膠依次為PMMA4、MMA-EL9和PMMA2。
[0018]上述步驟6中，在氮?dú)庵羞M(jìn)行退火，其溫度為300°C，時(shí)間為30秒。
[0019]基于上述方法制備的一種復(fù)合溝道MHEMT微波振蕩器，該微波振蕩器的有源固體器件由砷化鎵襯底的變組分高電子迀移率晶體管構(gòu)成；所述砷化鎵襯底的變組分高電子迀移率晶體管自下而上依次由襯底層、漸變緩沖層、緩存層、第一溝道層、第二溝道層、隔離層、勢(shì)皇層、刻蝕停止層、第一帽層和第二帽層構(gòu)成；漏極和源極分設(shè)在第二帽層的上方；第一帽層、第二帽層和刻蝕停止層內(nèi)開設(shè)有柵槽，T形的柵極嵌入該柵槽內(nèi)，柵極的柵腳與勢(shì)皇層接觸。
[0020]勢(shì)皇層與隔離層間采用Si δ摻雜。
[0021]第一溝道層為變In組分的Ina6Gaa4As導(dǎo)電溝道，第二溝通層為變In組分的In0.7Ga0.3As導(dǎo)電溝道，第一溝道層和第二溝通層形成復(fù)合導(dǎo)電溝道結(jié)構(gòu)。
[0022]源金屬和漏金屬各由N1、AuGe> Ni和Au自下而上疊加而成；柵金屬由Pt、T1、Pt和Au自下而上疊加而成。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，GaAs襯底MHEMT (砷化鎵襯底變組分高電子迀移率晶體管)器件與GaAs襯底HEMT器件相比克服了受材料結(jié)構(gòu)的影響，利用變組分材料生長(zhǎng)技術(shù)，充分釋放GaAs襯底對(duì)外延材料所產(chǎn)生的應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)良好的晶格匹配，使溝道部分達(dá)到高In組分，增強(qiáng)了溝道中二維電子氣濃度與電子迀移率，在器件襯底選取上采用GaAs襯底，降低了器件制造成本，在性能上獲得了與InP襯底上等效果的性能，因而利用GaAs襯底MHEMT器件制造微波振蕩器具有很強(qiáng)的實(shí)用性與利用價(jià)值。此外，本發(fā)明還在新型的復(fù)合溝道材料結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，采用離子注入與濕法腐蝕相結(jié)合的臺(tái)面隔離技術(shù)，獨(dú)特的三層電子束光刻膠，兩次次曝光，一次顯影的T型柵制造技術(shù)，并采用埋Pt技術(shù)制造出SOnm柵長(zhǎng)器件的跨導(dǎo)為
1.lS/mm、漏極輸出飽和電流密度為860mA/mm，特征頻率為240GHz，振蕩頻率為280GHz。因此在同等條件下使用本發(fā)明技術(shù)制備的GaAs襯底MHEMT設(shè)計(jì)微波振蕩器而言，輸出功率更大，穩(wěn)定性更好和相位噪聲更低等特點(diǎn)。
【附圖說明】
[0024]圖1是一種復(fù)合溝道GaAs襯底變組分外延材料結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖2是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖3是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器的顯微鏡圖。
[0027]圖4是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器三層光膠曝光后T型形貌結(jié)構(gòu)。
[0028]圖5是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器的T型柵掃描電子顯微鏡圖。
[0029]圖6是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器的轉(zhuǎn)移特性曲線圖。
[0030]圖7是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器的輸出特性曲線圖。
[0031]圖8是一種復(fù)合溝道GaAs襯底MHEMT微波振蕩器的特征頻率與最大振蕩頻率曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]一種復(fù)合溝道MHEMT微波振蕩器的制備方法，包括如下步驟:
[0033]步驟一:外延材料生長(zhǎng)。
[0034]在GaAs半絕緣襯底層上依次外延生長(zhǎng)500nm的變In組分InAlAs緩沖層、300nm的 In0.S2Al0.48As 緩沖層、7.5nm 的 Ina6Gaa4As 導(dǎo)電溝道層、7.5nm 的 Ina7Gaa3As 導(dǎo)電溝道層、4nm的Ina52Ala48As隔離層、8nm的Ina52Ala48As勢(shì)皇層、5nm的InP刻蝕停止層、20nm的Ina53Gaa47As帽層、5nm的Ina65Gaa35As帽層，形成GaAs襯底變組分外延材料結(jié)構(gòu)。參見圖1為一種復(fù)合溝道GaAs襯底變組分外延材料結(jié)構(gòu)圖。
[0035]步驟二:器件隔離形成。
[0036]勻膠光刻保護(hù)臺(tái)面。首先，對(duì)樣品進(jìn)行HMDS表面預(yù)處理，以便增強(qiáng)光刻膠與樣品表面的粘附性。然后，勻光刻膠AZ5214，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/秒、時(shí)間為30秒。前烘，溫度為95°C、時(shí)間為90秒。利用MA6深紫外光刻機(jī)曝光6.5秒。使用3038顯影液顯影45秒。去離子水定影。氮?dú)獯蹈伞２捎秒x子注入機(jī)對(duì)樣品進(jìn)行B離子注入，注入能量為20Kev，注入劑量為2.0E+14cm_2，對(duì)溝道部分形成尚阻隔尚。米用C6H8O7: H2O2= 1:1腐蝕液腐蝕In Q.53Ga0> 47As帽層、Intl 65Gaa35As帽層，隔離表層漏電，腐蝕去除，形成器件之間的隔離。
[0037]步驟三:源漏金屬歐姆接觸形成。
[0038]對(duì)樣品進(jìn)行HMDS (六甲基二硅氮烷)表面預(yù)處理，以便增強(qiáng)光刻膠與樣品表面的粘附性。勻光刻膠AZ5214，轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/秒、時(shí)間為30秒。使用無塵棉簽去除樣品邊緣部分的光刻膠。前烘，溫度為95°C、時(shí)間為90秒。利用MA6深紫外光刻機(jī)曝光1.9秒。對(duì)樣品進(jìn)行反轉(zhuǎn)烘，溫度為110°C、時(shí)間為90秒。對(duì)樣品進(jìn)行泛曝光42秒。使用3038顯影液顯影50秒。去離子水定影。氮?dú)獯蹈?。采用電子束蒸發(fā)臺(tái)蒸發(fā)Ni (5nm)/AuGe (10nm)/Ni (20nm)/Au(10nm)源漏金屬及柵電極，即源、漏金屬由5nm的N1、100nm的AuGe、20nm的Ni和10nm的Au自下而上疊加而成，不需要退火，形成歐姆接觸，利用TLM測(cè)試的源漏接觸電阻為0.1 Ω.mm，比接觸電阻率為1.3E-6 Ω.cm2。上述對(duì)金屬蒸發(fā)設(shè)備的大小架沒有特別要求，大小均可以達(dá)到預(yù)期的效果。丙酮中剝離，完