离子注入制备InN基n-沟道铁电场效应晶体管

铁电存储器是一种在断电时不会丢失信息的非易失存储器，具有高速度、高密度、低功耗和抗辐射等优点。本项目选用氮化物半导体中具有最高电子迁移率的InN材料与具有同样六方对称结构的铁电材料YMnO3（YMO，锰酸钇）相集成，利用离子注入方法加工铁电场效应晶体管，探索制备高速动态存储器的新方法。具体做法是：首先用分子束外延方法在蓝宝石衬底上生长高质量的p-InN薄膜，然后在掩膜条件下，选用不同能量和剂量的氧离子分别注入InN，制备源、漏和栅极下的导电沟道，并利用YMO铁电介质作为顶栅绝缘层，在栅极的铁电材料与下面的InN外延层之间，生长Y2O3（氧化钇）电介质层以减少漏电，制备Metal-ferroelectrics-insulator-semiconductor（MFIS）结构的铁电场效应晶体管原型器件。系统优化外延、注入、电介质和铁电层制备工艺，深入研究铁电场效应晶体管存储器的工作原理。申请国家

本项目采用分子束外延技术生长氮化铟InN薄膜，其（0002）面半高宽为498.4弧秒，接近文献报道的最好水平。研究了不同Mg源温度掺杂对InN性质的影响，发现随着Mg源温度增加，InN从n型变成p型，最后又变成n型的过程。在p型InN薄膜上，利用原子层沉积的方法制备介电薄膜氧化铝（Al2O3），得到InN基金属-氧化物-半导体（MOS）结构，为首次报道的InN基MOS结构。研究其漏电性质，在1V时漏电流密度仅为1.35×10-9 A/cm2，为Al2O3作为介电层所报道的最佳值之一，开展了Si、Cr等离子注入InN和GaN薄膜的研究，设计并制备了InN基n-沟道铁电场效应晶体管全套光刻板，并进行了器件加工，目前正在评价器件综合性能 。.本项目执行期，课题组发表了标注本基金号的SCI论文21篇，包括4篇Appl. Phys. Lett.，1篇Nanotechnology，1篇Scientific Reports，1篇ACS Appl. Mater. Interface，获得国家发明专利1项，同时转让了1项发明专利，国际会议邀请报告3个，小型会议或者双边会议邀请报告10个，主办了国际（含双边）会议3次，国内会议4次。