【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体智能功率模块领域，具体涉及一种具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片及制备方法。
技术介绍
1、近年来，gan材料因为其禁带宽度大、击穿电场高、响应速度快，抗辐照和耐高温等优点在电力电子领域得到人们广泛关注和应用，用其制备的高电子迁移率晶体管(highelectron mobility transistor，hemt)器件由于优异的开关特性和耐压能力在高频高功率应用下逐渐成为首选。gan基hemt器件是高频电能变换应用的核心器件，近年来在快速充电器，电动汽车、太空雷达等领域有着大量的应用，但新型应用对gan基hemt器件的可靠性要求更高，器件退化带来的可靠性问题不容忽视。最常见的便是长期的高工作温度对gan基hemt器件的性能影响。hemt器件工作时，由于频繁的开关转换会导致异质结温度迅速升高，二维电子气(two-dimensional electron gas，2deg)沟道的载流子迁移率受温度影响而变差，长期在高温下运行可能导致器件退化和寿命降低，严重还会带来安全问题。
2、为了减小或避免高温引发的器件故障，在实际应用中可以通过板级电路设计温度监测电路和反馈保护电路来监控gan基功率器件的温度并作出保护响应。但这种方法存在几个弊端：1，响应速度慢，无法原位监测hemt器件的结温，在hemt温度升高时无法立即做出关断反应；2，集成度低，设计和制作成本大，板级电路体积大，不符合功率芯片设计趋势；3，会产生额外功耗和一系列寄生串扰，不利于功率模块高效工作和能源节约。
1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片及制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
2、本专利技术实施例提供了一种具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，包括：依次横向分布在二维电子气结构上且彼此电隔离的功率器件、第一欧姆接触结构、第二欧姆接触结构和温度传感器二极管，其中，
3、所述功率器件包括源极、漏极和栅极，所述源极、所述栅极和所述漏极依次间隔分布在所述二维电子气结构中二维电子气沟道的上方；
4、所述第一欧姆接触结构包括第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极，所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极间隔分布在所述二维电子气沟道的上方；
5、所述第二欧姆接触结构包括第三欧姆接触电极和第四欧姆接触电极，所述第三欧姆接触电极和所述第四欧姆接触电极间隔分布在所述二维电子气沟道的上方；
6、所述温度传感器二极管包括阴极、阳极和第一部分p-gan层，所述第一部分p-gan层位于所述二维电子气结构的表面，所述阴极位于所述第一部分p-gan层的一侧且位于所述二维电子气沟道的上方，所述阳极与所述第一部分p-gan层的另一侧相接触且位于所述二维电子气沟道的上方；
7、所述第一欧姆接触电极用于接地，所述第二欧姆接触电极和所述第三欧姆接触电极、所述栅极通过金属互连线并接，所述第四欧姆接触电极和所述阴极通过金属互连线串接且用于输出电压，所述阳极用于连接电源电压。
8、在本专利技术的一个实施例中，所述二维电子气结构包括自下至上依次层叠的衬底、成核层、缓冲层、沟道层和势垒层，其中，所述沟道层和所述势垒层形成二维电子气沟道。
9、在本专利技术的一个实施例中，所述源极、所述漏极、所述第一欧姆接触电极、所述第二欧姆接触电极、所述第三欧姆接触电极、所述阴极均延伸至所述沟道层的表面；
10、所述栅极和所述阳极均位于所述势垒层的表面。
11、在本专利技术的一个实施例中，所述功率器件还包括第二部分p-gan层，所述部分p-gan层位于所述源极和所述漏极之间的所述二维电子气结构表面；
12、所述栅极位于所述第二部分p-gan层表面。
13、在本专利技术的一个实施例中，所述第一部分p-gan层和所述第二部分p-gan层的材料均包括mg+离子掺杂的gan，空穴掺杂浓度均为1017-1018cm-3，厚度均为60-80nm。
14、在本专利技术的一个实施例中，还包括钝化层，所述钝化层覆盖所述二维电子气结构的表面、所述第一部分p-gan层的表面和电隔离结构的表面；
15、所述阳极搭接所述钝化层。
16、在本专利技术的一个实施例中，所述钝化层的材料包括si3n4，厚度为100-150nm。
17、在本专利技术的一个实施例中，所述源极、所述漏极、所述第一欧姆接触电极、所述第二欧姆接触电极、所述第三欧姆接触电极、所述第四欧姆接触电极、所述阴极的材料均采用欧姆金属，包括ti、al、ni、au中的一种或多种；
18、所述栅极、所述阳极的材料均采用肖特基金属，包括tin、ti、al中的一种或多种；
19、所述金属互连线的材料包括cu。
20、本专利技术的另一个实施例提供了一种具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片的制备方法，包括步骤：
21、s1、制备二维电子气结构，并在所述二维电子气结构制备p型gan层，刻蚀所述p型gan层形成第一部分p-gan层；
22、s2、刻蚀所述二维电子气结构至二维电子气沟道下方，形成若干电隔离结构，以将所述二维电子气结构隔离为依次横向设置的功率器件区域、第一欧姆接触电阻区域、第二欧姆接触电阻区域和温度传感器二极管区域；
23、s3、在所述二维电子气结构表面、所述第一部分p-gan层和所述若干电隔离结构表面沉积钝化层；
24、s4、在所述二维电子气结构的二维电子气沟道上方制备金属电极，形成源极、漏极、栅极、第一欧姆接触电极、第二欧姆接触电极、第三欧姆接触电极、第四欧姆接触电极、阴极和阳极，其中，所述源极、所述栅极和所述漏极依次间隔分布在所述二维电子气结构中二维电子气沟道的上方，所述第一欧姆接触电极和所述第二欧姆接触电极间隔分布在所述二维电子气沟道的上方，所述第三欧姆接触电极和所述第四欧姆接触电极间隔分布在所述二维电子气沟道的上方，所述阴极位于所述第一部分p-gan层的一侧且位于所述二维电子气沟道的上方，所述阳极与所述第一部分p-gan层的另一侧相接触且位于所述二维电子气沟道的上方；
25、s5、利用金属互连线将所述第二欧姆接触电极和所述第三欧姆接触电极、所述栅极并接，将所述第四欧姆接触电极和所述阴极串接。
26、在本专利技术的一个实施例中，步骤s4包括：
27、s41、在所述钝化层表面定义若干欧姆金属电极区域，并刻蚀所述欧姆金属电极区域的所述钝化层和所述二维电子气结构，形成若干欧姆金属电极凹槽；
28、s42、在所述若干欧姆金属电极凹槽中沉积欧姆金属并进行退火，形成所述源极、所述漏极、所述第一欧姆接触电极、所述第二欧姆接触电极、所述第三欧姆接触电极、所述第四欧姆接触电极和所述阴极；
29、s43、在所述钝化层表面定义若干肖特基金属电极区域，并刻蚀所述肖特基金属电极区域的所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，包括：依次横向分布在二维电子气结构(1)上且彼此电隔离的功率器件(2)、第一欧姆接触结构(3)、第二欧姆接触结构(4)和温度传感器二极管(5)，其中，
2.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述二维电子气结构(1)包括自下至上依次层叠的衬底(11)、成核层(12)、缓冲层(13)、沟道层(14)和势垒层(15)，其中，所述沟道层(14)和所述势垒层(15)形成二维电子气沟道。
3.根据权利要求2所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述阴极(51)均延伸至所述沟道层(14)的表面；
4.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述功率器件(2)还包括第二部分P-GaN层(24)，所述部分P-GaN层(24)位于所述源极(21)和所述漏极(22)之间的所述二维
5.根据权利要求4所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述第一部分P-GaN层(53)和所述第二部分P-GaN层(24)的材料均包括Mg+离子掺杂的GaN，空穴掺杂浓度均为1017-1018cm-3，厚度均为60-80nm。
6.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，还包括钝化层(6)，所述钝化层(6)覆盖所述二维电子气结构(1)的表面、所述第一部分P-GaN层(53)的表面和电隔离结构的表面；
7.根据权利要求6所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述钝化层(6)的材料包括Si3N4，厚度为100-150nm。
8.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片，其特征在于，所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述第四欧姆接触电极(42)、所述阴极(51)的材料均采用欧姆金属，包括Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种；
9.一种具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片的制备方法，其特征在于，包括步骤：
10.根据权利要求9所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片的制备方法，其特征在于，步骤S4包括：
...【技术特征摘要】
1.一种具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，其特征在于，包括：依次横向分布在二维电子气结构(1)上且彼此电隔离的功率器件(2)、第一欧姆接触结构(3)、第二欧姆接触结构(4)和温度传感器二极管(5)，其中，
2.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，其特征在于，所述二维电子气结构(1)包括自下至上依次层叠的衬底(11)、成核层(12)、缓冲层(13)、沟道层(14)和势垒层(15)，其中，所述沟道层(14)和所述势垒层(15)形成二维电子气沟道。
3.根据权利要求2所述的具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，其特征在于，所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述阴极(51)均延伸至所述沟道层(14)的表面；
4.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，其特征在于，所述功率器件(2)还包括第二部分p-gan层(24)，所述部分p-gan层(24)位于所述源极(21)和所述漏极(22)之间的所述二维电子气结构(1)表面；
5.根据权利要求4所述的具备结温监测和过温保护能力的gan功率芯片，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁嵩，严兆恒，江希，邓超凡，李彦佐，刘启帆，何艳静，弓小武，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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