【技术实现步骤摘要】
基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管
本专利技术属于半导体器件
,特别涉及一种基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,可作为电力电子系统的基本器件。技术背景功率半导体器件是电力电子系统的重要元件,是进行电能处理的有效工具。近年来,随着能源和环境问题的日益突出,研发新型高性能、低损耗功率器件已成为提高电能利用率、节约能源、缓解能源危机的有效途径之一。然而,在功率器件研究中,高速、高压与低导通电阻之间存在着严重的制约关系,合理、有效地改进这种制约关系是提高器件整体性能的关键。随着市场不断对功率系统提出更高效率、更小体积、更高频率的要求,传统Si基半导体功率器件性能已逼近其理论极限。为了能进一步减少芯片面积、提高工作频率、提高工作温度、降低导通电阻、提高击穿电压、降低整机体积、提高整机效率,以氮化镓为代表的宽禁带半导体材料,凭借其更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和更高的电子饱和漂移速度,且化学性能稳定、耐高温、抗辐射等突出优点,在制备高性能功率器件方面脱颖而出,应用潜力巨大。特别是采用GaN基异质结结构的高电子迁移率晶体管,即GaN基HEMT器件,更是因其低导通电阻、高工作频率等特性,能满足下一代电子装备对功率器件更大功率、更高频率、更小体积和更恶劣高温工作的要求,在经济和军事领域具有广阔和特殊的应用前景。然而,常规GaN基HEMT器件结构上存在固有缺陷,会导致器件沟道电场强度呈畸形分布,尤其是在器件栅极靠近漏极附近存在极高电场峰值。导致实际的GaN基HEMT器件的击穿电压往往远低于理论期望值,且存在电流崩塌、逆压电效应等可靠性问题,严重制 ...
【技术保护点】
一种基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,自下而上包括:衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、钝化层(9)和保护层(13),势垒层(3)的上面淀积有源极(4)与漏极(5),势垒层(3)的侧面刻有台面(6),且台面深度大于势垒层的厚度,在源极与漏极之间的势垒层内刻有栅槽(7),在栅槽(7)内淀积有栅极(8),其特征在于:钝化层(9)内刻有凹槽(10),凹槽(10)内完全填充有高介电常数介质(11);钝化层(9)与保护层(13)之间淀积有源场板(12),该源场板(12)与源极(4)电气连接,且源场板(12)与高介电常数介质(11)构成复合源场板结构。
【技术特征摘要】
1.一种基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,自下而上包括:衬底(1)、过渡层(2)、势垒层(3)、钝化层(9)和保护层(13),势垒层(3)的上面淀积有源极(4)与漏极(5),势垒层(3)的侧面刻有台面(6),且台面深度大于势垒层的厚度,在源极与漏极之间的势垒层内刻有栅槽(7),在栅槽(7)内淀积有栅极(8),其特征在于:钝化层(9)内刻有凹槽(10),凹槽(10)内完全填充有高介电常数介质(11);钝化层(9)与保护层(13)之间淀积有源场板(12),该源场板(12)与源极(4)电气连接,且源场板(12)与高介电常数介质(11)构成复合源场板结构;凹槽(10)靠近栅极一侧边缘与栅极(8)靠近漏极一侧边缘之间的距离a为s×(d+s×ε1/ε2)0.5,其中s为凹槽深度,d为凹槽底部与势垒层之间的距离,ε1为钝化层的相对介电常数,ε2为高介电常数介质的相对介电常数。2.根据权利要求1所述的基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,其特征在于栅槽(7)的深度h小于势垒层的厚度,栅极与栅槽左端之间的距离r1为0~2μm,栅极与栅槽右端之间的距离r2为0~3μm,并且r1≤r2。3.根据权利要求1所述的基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,其特征在于凹槽(10)的深度s为0.29~10.1μm,宽度b为0.66~8.6μm;凹槽(10)底部与势垒层(3)之间的距离d为0.087~0.99μm,源场板(12)靠近漏极一侧边缘与凹槽(10)靠近漏极一侧边缘之间的距离c为0.84~10.4μm。4.根据权利要求1所述的基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,其特征在于,钝化层的相对介电常数ε1和高介电常数介质的相对介电常数ε2的取值范围为1.5~2000,且ε1<ε2。5.根据权利要求1所述的基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管,其特征在于衬底(1)采用蓝宝石或碳化硅或硅材料。6.一种制作基于介质调制的复合源场板异质结场效应晶体管的方法,包括如下步骤:第一步,在衬底(1)上外延GaN基宽禁带半导体材料,形成过渡层(2);第二步,在过渡层(2)上外延GaN基宽禁带半导体材料,形成势垒层(3);第三步,在势垒层(3)上第一次制作掩膜,利用该掩膜在势垒层(3)的两端淀积金属,再在N2气氛中进行快速热退火,分别制作源极(4)和漏极(5);第四步,在势垒层(3)上第二次制作掩膜,利用该掩膜在源极左侧、漏极右侧的势垒层上进行刻蚀,且刻蚀区深度大于势垒层厚度,形成台面(6);第五步,在势垒层(3)上第三次制作掩膜,利用该掩膜在源极(4)与漏极(5)之间的势垒层...
【专利技术属性】
技术研发人员:毛维,佘伟波,李洋洋,杨翠,杜鸣,郝跃,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。