【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體，尤其涉及一種低工作電壓、低漏電流的alscn器件及其制備方法。
技術(shù)介紹
1、鐵電存儲器是一種利用鐵電薄膜材料的自發(fā)極化在電場中兩種不同取向（n-極化、m-極化）作為邏輯單元來存儲數(shù)據(jù)的非易失性存儲器，具有高速度讀寫、高密度集成、抗輻射等優(yōu)點(diǎn)。存儲器最關(guān)鍵的部分是其存儲單元，存儲單元決定了存儲器的集成度和讀寫性能。對于鐵電存儲器來說，其存儲單元一般為鐵電電容結(jié)構(gòu)。因此，能否生長出高質(zhì)量的鐵電薄膜來制成鐵電電容是提升鐵電存儲器性能的關(guān)鍵。目前主流的鐵電薄膜有pzt、hfo2等，這些鐵電薄膜有著穩(wěn)定性差、與cmos工藝不兼容等問題，所以找到一種新型鐵電薄膜迫在眉睫。
2、ⅲ-氮化物半導(dǎo)體如aln、gan、inn都具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導(dǎo)率大、電子飽和漂移速度高、介電常數(shù)小等獨(dú)特的性能，使其在光電器件、電力電子、射頻微波器件、激光器和探測器件等方面展現(xiàn)出了巨大的潛力。而sc摻雜的ⅲ-氮化物半導(dǎo)體也有著優(yōu)異的壓電性能和鐵電性能。2019年，akiyama等人證明alscn存在鐵電性，它是由sc摻雜纖鋅礦結(jié)構(gòu)的aln獲得，這為鐵電存儲器的發(fā)展開辟了新的道路。aln具有高電阻率、高熱導(dǎo)率、高穩(wěn)定性及高聲波傳輸速率等優(yōu)異的物理性能，是一種應(yīng)用廣泛的壓電材料。一般認(rèn)為aln的外加電場強(qiáng)度小于aln薄膜介質(zhì)的擊穿電場強(qiáng)度情況下，無法進(jìn)行極化翻轉(zhuǎn)，因此aln無法表現(xiàn)出鐵電性。而sc的摻雜使aln的兩個極化狀態(tài)n極化和m極化之間的能量勢壘降低，因此其極化轉(zhuǎn)換電場強(qiáng)度降低，低于擊穿電場強(qiáng)度，從而表現(xiàn)出了鐵電性。
3、在以alscn為基礎(chǔ)的鐵電存儲器中，電極材料的選擇與處理方式是重中之重，使用不同金屬電極的alscn基鐵電存儲器有著不同的工作電壓，而對電極的處理方式則決定著電極與功能層之間界面關(guān)系的好壞，這也直接影響著alscn基鐵電存儲器件工作電壓的高低和漏電流的大小。目前，主流的應(yīng)用于alscn基鐵電存儲器的電極有pt、mo和tin等等，但是使用這些材料的alscn基鐵電存儲器有兩個嚴(yán)重的科學(xué)問題，其一是高工作電壓，其二是大漏電流，這兩個科學(xué)問題也是制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的在于提供一種低工作電壓、低漏電流的alscn器件及其制備方法。
2、為實現(xiàn)前述專利技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案包括：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種低工作電壓、低漏電流的alscn鐵電薄膜器件，包括依次層疊設(shè)置的底電極層、功能層以及頂電極層；所述功能層包含alscn鐵電材料，所述底電極層與所述功能層歐姆接觸；所述頂電極層的材質(zhì)包括熔點(diǎn)低于200℃的低熔點(diǎn)金屬。
4、進(jìn)一步地，所述低熔點(diǎn)金屬元素的一部分?jǐn)U散滲透至所述功能層中形成了四元或四元以上系鐵電疊加層。
5、第二方面，本專利技術(shù)還提供一種低工作電壓、低漏電流的alscn鐵電薄膜器件的制備方法，其包括：
6、形成底電極層；
7、在所述底電極層表面沉積形成功能層，所述功能層包含alscn鐵電材料；
8、在所述功能層表面形成頂電極層，所述頂電極層的材質(zhì)包括熔點(diǎn)低于200℃的低熔點(diǎn)金屬，獲得所述alscn鐵電薄膜器件；
9、以及可選擇地對所述alscn鐵電薄膜器件進(jìn)行退火處理，以使所述低熔點(diǎn)金屬擴(kuò)散滲透進(jìn)入所述功能層中。
10、基于上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的有益效果至少包括：
11、本專利技術(shù)所提供的alscn鐵電薄膜器件及其制備方法通過設(shè)置低熔點(diǎn)金屬作為頂電極，能夠顯著降低其工作電壓和漏電流，并且優(yōu)選通過退火處理使得低熔點(diǎn)金屬熔化并擴(kuò)散滲透進(jìn)入功能層中，與功能層形成良好的接觸和滲透摻雜，形成對功能層電學(xué)特性的深入改性，該頂電極不僅僅作為電極，還作為一種摻雜改性材料層，具體的，低熔點(diǎn)金屬的擴(kuò)散滲透形成了四元或四元以上系的鐵電疊加層，這樣可以進(jìn)一步地同時降低alscn基鐵電存儲器件的工作電壓和漏電流，對alscn基鐵電存儲器的發(fā)展有著深遠(yuǎn)意義。
12、上述說明僅是本專利技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更清楚地了解本申請的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本專利技術(shù)的較佳實施例并配合詳細(xì)附圖說明如后。
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1.一種低工作電壓、低漏電流的AlScN鐵電薄膜器件，包括依次層疊設(shè)置的底電極層、功能層以及頂電極層；所述功能層包含AlScN鐵電材料，所述底電極層與所述功能層歐姆接觸；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，所述頂電極層的材質(zhì)包括金屬In、金屬Sn、共晶錫焊中的任意一種或兩種以上的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，沿層疊方向，所述功能層的結(jié)構(gòu)包括AlN緩沖層/AlScN亞層/AlN緩沖層、AlN緩沖層/AlScN亞層、AlScN亞層/AlN緩沖層或單獨(dú)的AlScN層中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，所述AlScN亞層的厚度為10-500nm，所述AlN緩沖層的厚度為1-50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，所述底電極層包括接觸層和集流層；所述接觸層與所述功能層直接接觸，所述集流層與所述接觸層層疊設(shè)置，作為所述接觸層的集流體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，所述
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，在垂直于層疊方向的平面方向上，所述功能層的尺寸小于所述底電極層，所述頂電極層的尺寸小于所述功能層；且層疊方向上觀察，所述功能層的邊緣與所述底電極層的邊緣具有間隔距離，所述頂電極層的邊緣與所述功能層的邊緣具有間隔距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的AlScN鐵電薄膜器件，其特征在于，所述功能層及其對應(yīng)的所述頂電極層在所述底電極層上設(shè)置有多組。
9.一種低工作電壓、低漏電流的AlScN鐵電薄膜器件的制備方法，其特征在于，包括：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理的溫度為150-400℃，時間為1-60min。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種低工作電壓、低漏電流的alscn鐵電薄膜器件，包括依次層疊設(shè)置的底電極層、功能層以及頂電極層；所述功能層包含alscn鐵電材料，所述底電極層與所述功能層歐姆接觸；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alscn鐵電薄膜器件，其特征在于，所述頂電極層的材質(zhì)包括金屬in、金屬sn、共晶錫焊中的任意一種或兩種以上的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alscn鐵電薄膜器件，其特征在于，沿層疊方向，所述功能層的結(jié)構(gòu)包括aln緩沖層/alscn亞層/aln緩沖層、aln緩沖層/alscn亞層、alscn亞層/aln緩沖層或單獨(dú)的alscn層中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的alscn鐵電薄膜器件，其特征在于，所述alscn亞層的厚度為10-500nm，所述aln緩沖層的厚度為1-50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的alscn鐵電薄膜器件，其特征在于，所述底電極層包括接觸層和集流層；所述接觸層與所述功能層...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：蔣春萍，李鋮然，李程鵬，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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