專利名稱：ZnO二極管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ZnO型二極管(ZnO group diode)及其形成方法。其它示例性 實施方案涉及一種包括第III族元素的透明ZnO型二極管及其形成方法，該 二極管對熱和可見光是穩(wěn)定的。
背景技術(shù)：
具有整流和開關(guān)特性的半導(dǎo)體二極管可應(yīng)用于各種領(lǐng)域。開關(guān)二極管可 應(yīng)用于存儲設(shè)備和晶體管中。近來，已經(jīng)開發(fā)出了具有由氧化銦鋅(InZnO) 形成的二極管和電阻器作為單位單元(unit cell)的存儲設(shè)備。
圖1是表明使用了在源極和漏極之間的由InZnO形成的溝道的常規(guī)晶體 管的熱性能的圖。
對于圖1，在溫度高于200。C時InZnO不工作。也就是說，在溫度高于 150。C時，InZnO溝道是熱不穩(wěn)定的。
圖2是表明包含InZnO溝道的常規(guī)晶體管對可見光的靈敏度的圖。
對于圖2，包括InZnO溝道的晶體管在可見光的作用下較容易開啟(tum on)。也就是說，InZnO溝道易于對可見光產(chǎn)生反應(yīng)。
因此，由于InZnO對熱和可見光的不穩(wěn)定性，不期望在開關(guān)設(shè)備中使用 InZnO。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的示例性實施方案涉及ZnO型二極管及其形成方法。本發(fā)明的 其它示例性實施方案涉及包括第III族元素且對熱和可見光穩(wěn)定的透明ZnO 型二極管及其形成方法。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，所提供的ZnO型二極管包含互相分離 的第一電極和第二電極以及位于第一電極和第二電極之間的由NUn^ZnO (其中M為第III族金屬)形成的有源層(active layer)。第一電極的功函數(shù)可 低于有源層。第二電極的功函數(shù)可高于有源層。x的范圍在0.2到0.8之間。
第III族金屬可為選自Ga、 Al、 Ti及其組合中的一種。
第一電極可由選自Ti、 Al、 Ca、 Li及其組合的材料形成。第二電極可 由選自Pt、 Mo、 W、 Ir及其組合的材料形成。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，所提供的ZnO型二極管包括由 MxIni-xZnO (其中M為第III族金屬)形成的有源層、第一電極和第二電極， 其中該第一電極和第二電極在有源層上彼此分離。第一電極的功函數(shù)可低于 有源層。第二電極的功函數(shù)可高于有源層。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，所提供的ZnO型二極管的形成方法包 括形成彼此分離的第一電極和第二電極，形成接觸第一電極和第二電極的 有源層。有源層可由NUn,-xZnO形成，其中M表示第III族金屬。第一電極 的功函數(shù)可低于有源層。第二電極的功函數(shù)可高于有源層。有源層可形成在 第一電極和第二電極之間。所述第III族金屬可為選自鎵(Ga)、鉛(A1)、鈦 (Ti)及其組合的至少一種。


結(jié)合附圖，通過下面的詳細描述，本發(fā)明的示例性實施方案將變得更為 明晰。圖l-5表示本文所述的非限定性的、示例性實施方案。
圖1是表明包括位于源極和漏極之間的InZnO溝道的常規(guī)晶體管的熱性 能的圖2是表明使用InZnO溝道的常規(guī)晶體管對可見光的靈敏度的圖； 圖3是表明本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO二極管的橫截面的圖； 圖4是表明本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO 二極管的電流-電壓(I-V) 特性的圖；和
圖5是表明本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO二極管的橫截面的圖。
具體實施例方式
參照其中顯示了某些本發(fā)明示例性實施方案的附圖，下面將更充分地說 明本發(fā)明的各示例性實施方案。在附圖中，為了清楚起見，放大了層和區(qū)域 的厚度。
在此，公開了本發(fā)明詳細的說明性實施方案。但是，本文所公開的具體 結(jié)構(gòu)和功能的細節(jié)僅僅是為了描述本發(fā)明的示例性實施方案的典型情況。本發(fā)明可體現(xiàn)為4艮多可替換的形式且并不僅限于本文所述的本發(fā)明的示例性 實施方案。
因此，雖然本發(fā)明的示例性實施方案可以有各種改進和可選擇的形式， 通過附圖中所示的實例來表明本發(fā)明的示例性實施方案并在此進行詳細說 明。然而，應(yīng)當理解，本發(fā)明的示例性實施方案并不局限于所公開的特定形 式，相反，在不脫離本發(fā)明范圍的情況下，本發(fā)明的示例性實施方案應(yīng)當包 括各種改進、等價物和替換。在

中，相同的附圖標記表示的是相同 的元件。
應(yīng)當理解，盡管術(shù)語第一、第二和類似術(shù)語可在本文中用于描述各種元 件，這些元件應(yīng)該不限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一種元件區(qū)別于另一 元件。例如，第一元件可稱為第二元件，且類似地，第二元件可稱為第一元 件，這并不脫離本發(fā)明示例性實施方案的范圍。本文所用的術(shù)語"和/或"包 括一個或多個相關(guān)的所列項目的任何和所有的組合。
應(yīng)當理解，當元件與另一元件的關(guān)系被稱為"連接"或"聯(lián)結(jié)"時，它 可直接與其它元件連接或聯(lián)結(jié)或可存在插入的元件。相反，當元件與另一元 件的關(guān)系被稱為"直接連接"或"直接聯(lián)結(jié)"時，不存在插入的元件。對于 用以描述元件之間關(guān)系的其它詞匯(例如，"之間，，與"直接在之間"、"鄰 近"與"直接鄰近，，等)可以類似方式進行解釋。
本文所用的術(shù)語僅用于描述特定實施方案且并非用于限定示例性實施方案。在此，單數(shù)形式"一(a)"、"一個(an)"、和"該(the)"意味著也包括復(fù)數(shù)形 式，除非內(nèi)容另有清楚說明?？蛇M一步理解，術(shù)語"包含"、"包括"在用于 本說明書時是指所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、和/或組件的存在，但 不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件、和/或其組合 的存在或加入。
應(yīng)當理解，盡管術(shù)語第一、第二、第三、和類似術(shù)語可在本文中用于描 述各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，這些元件、組件、區(qū)域、層和/或 部分應(yīng)該不限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一種元件、組件、區(qū)域、層或 部分區(qū)別于另一元件、組件、區(qū)域、層或部分。因此，以下討論的第一元件、 組件、區(qū)域、層或部分可稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或部分，而不脫離 本發(fā)明的范圍。
空間相對術(shù)語，如"下方"、"低于"、"較低"、"以上"、"較高"和類似 術(shù)語在本文中可用于簡化對附圖中所描繪的 一種元件或特征與其它元件或 特征之間關(guān)系的描述。應(yīng)當理解，除了附圖中所描繪的位置，空間相對術(shù)語 意味著包括器件在使用或操作時的不同的位置。例如，如果附圖中的器件被
翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其它元件或特征"之下"或"下方"的元件位于所述其 它元件或特征"之上"。因此，例如，術(shù)語"之下"可包括上方和下方兩種 位置。器件可以其它方式放置(旋轉(zhuǎn)90度或在其它位置進行觀察或參比)且相 應(yīng)地對本文所用的空間相對描述語進行解釋。
在本文中，參照橫截面視圖對本發(fā)明的示例性實施方案進行描述，這些 視圖示意性地說明了理想實施方案(和中間結(jié)構(gòu))。因此，視圖的形狀預(yù)期由 于例如，形成技術(shù)和/或公差而導(dǎo)致變化。因此，本發(fā)明的示例性實施方案不 應(yīng)理解為限于本文所示區(qū)域的特定形狀，而是可包括由于例如制造而導(dǎo)致的 形狀偏差。例如，顯示為長方形的植入(implant)區(qū)域可具有圓形或彎曲特征 和/或(例如植入濃度)在其邊緣處的梯度，而不是從植入?yún)^(qū)域至非植入?yún)^(qū)域 的突變。同樣，通過植入而形成的包埋區(qū)域可導(dǎo)致在包埋區(qū)域和表面(通過 該表面發(fā)生植入)之間的區(qū)域中的一些植入。因此，附圖所示的區(qū)域是示意 性的且其形狀不必說明器件的區(qū)域的實際形狀和并非用于限定本發(fā)明的范 圍。
還應(yīng)當注意，在某些可選擇的執(zhí)行中，所注意到的功能/動作可能并不按 附圖所示的順序發(fā)生。舉例來說，根據(jù)所涉及的功能/動作不同，相繼顯示的 兩個圖可能實際上基本同時進行，或有時可以相反的順序進行。
發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的相同的含義?？蛇M一步理 解，術(shù)語(例如，在常用字典中所定義的術(shù)語)應(yīng)該理解為其含義與相關(guān)領(lǐng) 域中的含義相一致且不被理解為理想化的或過分正式的含義，除非在本文特 意如此規(guī)定。
為了更具體地描述本發(fā)明的示例性實施方案，參照附圖，從各個方面進 行詳細說明。不過，本發(fā)明的范圍并不局限于本發(fā)明的示例性實施方案。
本發(fā)明的示例性實施方案涉及ZnO型二極管及其形成方法。本發(fā)明的 其它示例性實施方案涉及一種包括第III族元素且對熱和可見光穩(wěn)定的透明 的ZnO型二極管及其形成方法。
圖3是表明示例性實施方案的GalnZnO 二極管的橫截面的圖。
參照圖3，在下部電才及110上可形成有源層120 上部電才及130可形成 于有源層120上。鈍化層140可形成在上部電極130上。有源層120可由 GaxIn,.xZnO形成，其中滿足下式0.2SX^).8。因為與銦(In)相比，鎵(Ga ) 可以和氧形成更強的化學(xué)4走，Ga的原子數(shù)與Ga和In的原子l欠之和的比率 (即Ga/(Ga+In))可以為20%到80%。如果在有源層120中Ga的原子數(shù)與 Ga和In的原子數(shù)之和的比率超過80。/。，由于栽流子數(shù)量減少，有源層120 可起到絕緣層的作用。如果Ga的原子數(shù)與Ga和In的原子數(shù)之和的比率小 于20%，有源層120可具有對熱不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。鎵(Ga)原子可被第III族原 子(如鋁(Al)、鈦(Ti)或其組合)取代，對于氧化物，其具有更高的生 成熱。
有源層120的厚度可大約為IOOOA?？赏ㄟ^射頻濺射法、化學(xué)氣相沉積 法(CVD)、離子束沉積法等來形成有源層120。
形成下部電極110的材料的功函數(shù)高于形成有源層120的材料的功函 數(shù)。形成下部電極110的材料可以是金屬或過渡金屬(如鉑(Pt )、鉬(Mo )、 鴒(W)、銥(Ir)或其組合)。
形成上部電極130的材料的功函數(shù)低于形成有源層120的材料的功函數(shù) (如鈦(Ti)、鉛(Al)、 4丐(Ca)或鋰(Li)或其組合)。
鈍化層140阻止(或減緩)上部電極130的氧化。鈍化層140可以由鉑 (Pt)、釕(Ru)、金(Au)、鴒(W)及其組合形成。
如果下部電極IIO和上部電極130都由透明金屬形成(如下部電極110 由鈿形成，且上部電極130由鈦形成)，則可形成透明的二極管。
圖4是表明本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO 二極管的電流-電壓(I-V) 特性的圖。圖4的GalnZnO二極管具有由GalnZnO形成、直徑100pm、厚 lOOOA且Ga與In原子比為1:1的有源層。
參照圖4，即使GalnZnO二極管的溫度為300°C， GalnZnO 二極管依然 表現(xiàn)出二極管特性。也就是說，如果向GalnZnO 二極管施加正電壓，GalnZnO 二極管的電流大約比施加負電壓時的電流高三個數(shù)量級。具有由GalnZnO 形成的有源層120的二極管在較高溫度下的穩(wěn)定性是由Ga原子和氧之間的 非常強的鍵合導(dǎo)致的。如果將有源層120用作晶體管溝道，則有源層120對 光具有耐受性。
根據(jù)本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO 二極管100是肖特基勢壘型二極管。在肖特基勢壘型二極管中，如果將正電壓施加在上部電極130上，電 流流向下部電極110。如果將正電壓施加到下部電極110上，電流不易流向 上部電極130。 GalnZnO二極管IOO對熱和可見光穩(wěn)定。
如果本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO 二極管100用作阻抗存儲器 (resistance memory device)中的開關(guān)裝置，可制得熱穩(wěn)定阻抗存儲器。
圖5是表明本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO二極管的橫截面的圖。
參照圖5，可在有源層220上形成彼此分離的第一電極210和第二電極 230。鈍化層240可形成在第二電極230上。有源層220可由GaxIn1-xZnO 形成，其中滿足下式0.2≤X≤0.8。 Ga的原子數(shù)與Ga和In的原子數(shù)之和的比率(即Ga/(Ga+In))可為20%到80%。如果在有源層220中Ga的原子數(shù)與 Ga和In的原子數(shù)之和的比率超過80%，由于載流子數(shù)量減少，有源層220 可起到絕緣層的作用。如果Ga的原子數(shù)與Ga和In的原子數(shù)之和的比率小 于20%，有源層220可具有對熱不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。Ga原子可被第III族原子(如鋁(Al)、鈦(Ti)及其組合)取代，對于氧化物，其具有更高的生成熱。
形成第一電極210的材料的功函數(shù)可高于形成有源層220的材料的功函數(shù)。形成第一電極210的材料可以是金屬或過渡金屬(如Pt、Mo、W、Ir及其組合)。
形成第二電極230的材料的功函數(shù)可低于形成有源層220的材料的功函數(shù)。形成第二電極230的材料可由金屬(如Ti、Al、Ca、Li及其組合)形成。鈍化層240阻止(或減緩)第二電極230的氧化。鈍化層240可以由鉑(Pt)形成。
本發(fā)明示例性實施方案的GalnZnO 二極管200與GalnZnO 二極管100具有基本相同的特性。因此，為了簡潔，不再重復(fù)對其進行詳細描述。
如上所述，本發(fā)明示例性實施方案的具有由GalnZnO形成的有源層的二極管對熱和可見光穩(wěn)定。因此，GalnZnO二極管可以用作開關(guān)裝置。如果使用透明電極形成GalnZnO 二極管，則該GalnZnO 二極管可用在透明顯示裝置中。
以上所述是對本發(fā)明示例性實施方案的說明，且不用于對本發(fā)明范圍進行限定。雖然已經(jīng)描述了一些示例性實施方案，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不實質(zhì)性超出本發(fā)明的新穎性教導(dǎo)和優(yōu)點的情況下，可以容易地對本發(fā)明示例性實施方案進行很多改進。因此，所有這些改進包括在本發(fā)明權(quán)利要求
書所限定的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求書中，具有含義拓展功能的語句(means-plus-flmction clause)包含了本文所述的可實現(xiàn)所述功能的各結(jié)構(gòu)，且 不但包含結(jié)構(gòu)性等價物，而且包含等價結(jié)構(gòu)。因此，應(yīng)當理解，以上所述只 是對各個本發(fā)明示例性實施方案進行說明，但本發(fā)明不局限于所述的特定實施方案，對所述實施方案以及其它實施方案進行的改進不超出本發(fā)明權(quán)利要 求書所限定的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種ZnO型二極管，包括彼此分開的第一電極和第二電極；和位于第一電極和第二電極之間的有源層，所述有源層由MXIn1-XZnO形成，其中，M為第III族金屬，其中，該第一電極的功函數(shù)低于該有源層的功函數(shù)，且該第二電極的功函數(shù)高于該有源層的功函數(shù)。
2. 權(quán)利要求1的ZnO型二極管，其中所述第III族金屬為選自鎵(Ga). 鋁(Al)、鈦(Ti)及其組合中的至少一種。
3. 權(quán)利要求2的ZnO型二極管，其中x為0.2到0.8。
4. 權(quán)利要求1的ZnO型二極管，其中，所述第一電極由包括金屬的材 料形成。
5. 權(quán)利要求4的ZnO型二極管，其中，所述金屬選自鈦(Ti)、鋁(A1)、 4丐(Ca)、鋰(Li)及其組合。
6. 權(quán)利要求1的ZnO型二極管，其中，所述第二電極由包括金屬的材 料形成。
7. 權(quán)利要求6的ZnO型二極管，其中，所述金屬選自鉑(Pt )、鉬(Mo )、 鴒(W)、銥(Ir)及其組合。
8. —種ZnO型二極管，包括由MxIn,.xZnO形成的有源層，其中，M為第III族金屬，和 位于該有源層上的彼此分開的第一電極和第二電極， 其中，該第一電極的功函數(shù)低于該有源層的功函數(shù)，且該第二電極的功 函數(shù)高于該有源層的功函數(shù)。
9. 權(quán)利要求8的ZnO型二極管，其中，所述第m族金屬為選自鎵(Ga)、 鋁(Al)、鈦(Ti)及其組合中的至少一種。
10. 權(quán)利要求9的ZnO型二極管，其中x為0.2到0.8。
11. 權(quán)利要求8的ZnO型二極管，其中，所述第一電極由包括金屬的材 料形成。
12. 權(quán)利要求11的ZnO型二極管，其中，所述金屬選自鈦(Ti)、鋁(Al)、 4丐(Ca)、鋰(Li)及其組合。
13. 權(quán)利要8的ZnO型二極管，其中，所述第二電極由包括金屬的材料 形成。
14. 權(quán)利要求13的ZnO型二極管，其中，所述金屬選自柏(Pt)、鉬(Mo)、 鴒(W)、銥(Ir)及其組合。
15. —種形成ZnO型二才及管的方法，包^": 形成彼此分開的第一電極和第二電極；和形成與所述第 一 電極和第二電極接觸的有源層，所述有源層由 MxIn,.xZnO形成，其中，M為第III族金屬，其中，所述第一電極的功函數(shù)低于該有源層的功函數(shù)，且該第二電極的 功函數(shù)高于該有源層的功函數(shù)。
16. 權(quán)利要求15的方法，其中，所述有源層形成于所述第一電極和第二 電才及之間。
17. 權(quán)利要求15的方法，其中，所述第III族金屬為選自鎵(Ga)、鋁(Al)、 鈦(Ti)及其組合中的至少一種。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中x為0.2到0.8。
19. 權(quán)利要求15的方法，其中，所述第一電極和第二電極均形成在所述 有源層上。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中，所述第III族金屬為選自鎵(Ga )、鋁(Al )、 鈦(Ti)及其組合中的至少一種。
21. 權(quán)利要求20的方法，其中x為0.2到0.8。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種ZnO型二極管及其形成方法。該ZnO型二極管可包括彼此分開的第一電極和第二電極、以及位于該第一電極和第二電極之間的由M_XIn_1-XZnO(所述M為第Ⅲ族金屬)形成的有源層。該第一電極的功函數(shù)可低于該有源層的功函數(shù)。該第二電極的功函數(shù)可高于該有源層的功函數(shù)。
文檔編號H01L29/66GK101202314SQ20071030777
公開日2008年6月18日 申請日期2007年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月13日
發(fā)明者姜東勛, 宋利憲, 樸永洙, 金昌楨 申請人:三星電子株式會社