氮化镓器件特性的调制方法和结构技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，提供一种氮化镓器件特性的调制方法和结构。方法主要包括：对氮化镓器件施加外界电场，外界电场通过逆压电效应耦合作用于氮化镓器件；通过变化外界电场的强度和方向对氮化镓器件的特性进行调制。本发明专利技术可以根据氮化镓器件不同的应用场景，通过调整外界电场的强度和方向，对氮化镓器件特性进行特定调制，以适应不同场景下氮化镓器件应用需求，促进氮化镓器件性能的更充分发挥，带动氮化镓器件在宇航、雷达、电子对抗等国防军事领域以及5G、电力电子等民用领域的更有效利用。利用。利用。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓器件特性的调制方法和结构


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种氮化镓器件特性的调制方法和结构。

技术介绍

[0002]作为第三代半导体材料的典型代表，氮化镓(GaN)材料以其高的禁带宽度、高的击穿电压以及高的抗辐射和抗腐蚀能力而得到广泛的关注，特别是由于氮化镓材料的自发极化与压电极化属性，在氮化镓上外延生长极薄的势垒层(氮化铝镓、氮化铟镓或氮化铝)而形成的异质结构，无需任何掺杂便可在异质结界面处形成高浓度的二维电子气，而且由于该二维电子气在垂直于异质结界面方向上有极强的量子限制作用，其电子迁移率非常高。因此，基于异质结材料制备的氮化镓器件(异质结场效应晶体管，HFET)具备高的击穿电压、高的临界电场、高的载流子迁移率和饱和漂移速率以及高的抗辐射和抗腐蚀性能，这使得氮化镓器件在武器装备、航空航天、无线通讯、电力传输等国防军事和国民经济领域都有着极其广阔的应用前景。
[0003]根据广泛调研，国内外普遍采用传统的调整氮化镓器件本征结构的方式进行氮化镓器件性能优化，例如离子处理、设计钝化层结构、V型栅结构等方式，但改变器件本征结构会带来可靠性问题，而且结构确定后不能根据实际应用场景进行应用过程中的调制。

技术实现思路

[0004]基于上述原因，本专利技术实施例提供了一种氮化镓器件特性的调制方法和结构。
[0005]本专利技术实施例的第一方面提供一种氮化镓器件特性的调制方法，包括：
[0006]对氮化镓器件施加外界电场，其中，所述外界电场耦合作用于所述氮化镓器件；
[0007]通过变化所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制。
[0008]可选的，所述对氮化镓器件施加外界电场，包括：
[0009]在已封装的所述氮化镓器件的预设范围内设置第一极板和第二极板，其中，所述第一极板接地；
[0010]给所述第二极板供电，所述第一极板和所述第二极板之间产生外界电场，以使所述外界电场作用于已封装的所述氮化镓器件。
[0011]可选的，所述在已封装的所述氮化镓器件的预设范围内设置第一极板和第二极板，包括：
[0012]在已封装的所述氮化镓器件的上方且与已封装的所述氮化镓器件的上表面间隔第一预设距离处设置第一极板，以及在已封装的所述氮化镓器件的衬底下方且与所述衬底间隔第二预设距离处设置第二极板。
[0013]可选的，所述对氮化镓器件施加外界电场，包括：
[0014]在制备氮化镓器件时，在所述氮化镓器件的衬底上沉积金属电极；
[0015]给所述金属电极供电产生外界电场，以使所述外界电场作用于所述氮化镓器件；其中，所述氮化镓器件的源极作为公共端接地。
[0016]可选的，所述通过变化所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制，包括：
[0017]通过变化所述外界电场的强度和方向，调制所述氮化镓器件的极化电荷分布、二维电子气分布、载流子输运特性、频率特性、耐压特性和阈值电压等特性中的至少一种。
[0018]可选的，所述氮化镓器件特性的调制方法是一种场作用方法，能与氟离子注入调制法、钝化层结构调制法和V型栅结构调制法中的至少一种进行联合作用，对所述氮化镓器件的特性进行调制。
[0019]可选的，所述氮化镓器件包括：
[0020]衬底、氮化镓层、势垒层、源极、栅极和漏极；所述氮化镓层与所述势垒层之间还包括氮化铝插层；
[0021]其中，所述势垒层为氮化铝镓、氮化铟镓和氮化铝中的任意一种类型。
[0022]本专利技术实施例的第二方面提供一种氮化镓器件特性的调制结构，包括：
[0023]产生外界电场的结构；
[0024]氮化镓器件；其中，所述氮化镓器件设置在所述外界电场内。
[0025]可选的，所述产生外界电场的结构包括：设置在已封装的所述氮化镓器件的预设范围内的第一极板和第二极板，所述第一极板接地；
[0026]其中，给所述第二极板供电，所述第一极板和所述第二极板之间产生外界电场，以使所述外界电场作用于已封装的所述氮化镓器件。
[0027]可选的，所述产生外界电场的结构包括：
[0028]在氮化镓器件衬底上沉积的金属电极；
[0029]给所述金属电极供电产生外界电场，以使所述外界电场作用于所述氮化镓器件；其中，所述氮化镓器件的源极作为公共端接地。
[0030]本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
[0031]本专利技术主要对氮化镓器件施加外界电场，根据所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制，实现了可以根据氮化镓器件不同的应用场景，通过调整外界电场的强度和方向对氮化镓器件的特性进行调制，促进了氮化镓器件性能的更充分发挥，可以适应不同的氮化镓器件应用需求，带动氮化镓器件在宇航、雷达、电子对抗等国防军事领域以及5G、电力电子等民用领域的更有效利用。
附图说明
[0032]图1是本专利技术实施例提供的氮化镓器件特性的调制结构示意图。
[0033]1‑
外置极板；11
‑
外置极板下极板；12
‑
外置极板上极板；
[0034]2‑
氮化镓器件基本结构；21
‑
衬底；22
‑
氮化镓层；23
‑
势垒层；
[0035]24
‑
源极；25
‑
栅极；26
‑
漏极。
具体实施方式
[0036]本领域技术人员应当知晓，本申请附图所示具体结构、尺寸、比例系用于说明本专利技术的实施方式，并非对本专利技术的权利要求范围的限定，权利要求的范围应以权利要求书为准。
[0037]下面，结合附图，对本专利技术的实施方式进行说明。
[0038]本专利技术的氮化镓器件特性的调制方法主要包括：
[0039]对氮化镓器件施加外界电场，其中，所述外界电场耦合作用于所述氮化镓器件；根据所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制。
[0040]氮化镓器件兼具高击穿电压、高临界电场、高载流子迁移率、高饱和漂移速率以及高的抗辐射和抗腐蚀性能，在高温、高频、大功率、强辐射领域有着极其广阔的应用前景，而且氮化镓器件有利于减小设备尺寸、重量和功率消耗，使得氮化镓器件特别适合应用于国防军事领域。同时，随着5G通信技术的快速发展，作为通信基站关键器件的功放器件，功率晶体管的市场规模日益扩大，氮化镓器件在高频和高功率条件下具有比硅(Si)器件和砷化镓(GaAs)器件更为出色的工作性能，决定了其在功放器件市场的竞争力；此外，由于氮化镓器件兼具高击穿电压和高频特性，其在电力电子领域的应用前景同样是Si器件和GaAs器件所不能比拟的。因此，未来氮化镓器件在军民领域的应用价值将不断得到体现，市场应用前景极其广阔。
[0041]而正是由于氮化镓的压电特性和极化特性，外界电场(在器件外部独立施加于器件的外部电场，不同于器件栅源/漏源本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓器件特性的调制方法，其特征在于，包括：对氮化镓器件施加外界电场，其中，所述外界电场耦合作用于所述氮化镓器件；通过变化所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制。2.如权利要求1所述的氮化镓器件特性的调制方法，其特征在于，所述对氮化镓器件施加外界电场，包括：在已封装的所述氮化镓器件的预设范围内设置第一极板和第二极板，其中，所述第一极板接地；给所述第二极板供电，所述第一极板和所述第二极板之间产生外界电场，以使所述外界电场作用于已封装的所述氮化镓器件。3.如权利要求2所述的氮化镓器件特性的调制方法，其特征在于，所述在已封装的所述氮化镓器件的预设范围内设置第一极板和第二极板，包括：在已封装的所述氮化镓器件的上方且与已封装的所述氮化镓器件的上表面间隔第一预设距离处设置第一极板，以及在已封装的所述氮化镓器件的衬底下方且与所述衬底间隔第二预设距离处设置第二极板。4.如权利要求1所述的氮化镓器件特性的调制方法，其特征在于，所述对氮化镓器件施加外界电场，包括：在制备氮化镓器件时，在所述氮化镓器件的衬底上沉积金属电极；给所述金属电极供电产生外界电场，以使所述外界电场作用于所述氮化镓器件；其中，所述氮化镓器件的源极作为公共端接地。5.如权利要求1所述的氮化镓器件特性的调制方法，其特征在于，所述通过变化所述外界电场的强度和方向对所述氮化镓器件的特性进行调制，包括：通过变化所述外界电场的强度和方向，调制所述氮...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨铭，季启政，袁亚飞，高志良，梅高峰，张宇，冯娜，韩炎晖，
申请(专利权)人：北京东方计量测试研究所，
类型：发明
国别省市：