带隙基准源电路、全氮化镓带隙基准电路及其制备方法技术

技术编号：43818286 阅读：3 留言：0更新日期：2024-12-27 13:31

本发明专利技术公开了一种带隙基准源电路、全氮化镓带隙基准电路及其制备方法。本发明专利技术能够为GaN基电路提供高精度的基准电压，提升电路的工作稳定性；本发明专利技术提供的全氮化镓带隙基准电路的所有元器件可以在GaN基平台完成制造，因此与GaN功率器件的工艺高度兼容，结构上更加简单，可以充分发挥GaN在横向集成方面的优势。本发明专利技术提供的全氮化镓带隙基准电路是单片集成式GaN基带隙基准源电路，可以减小信号传输距离以及由于外部电路互连引起的各种寄生效应，充分发挥GaN在电力电子应用中的高频性能。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氮化镓功率电子，具体涉及一种带隙基准源电路、全氮化镓带隙基准电路及其制备方法。

技术介绍

1、gan材料因为其禁带宽度大、击穿电场高、电子迁移率高，抗辐照和耐高温等优点在高功率和高频电子领域得到广泛应用，用其制备的hemt(high electron mobilitytransistor，高电子迁移率晶体管)器件由于优异的高频特性和耐高压能力在高频高功率应用下逐渐成为首选。

2、目前，在氮化镓单片集成电路中，基准电压可以通过电阻分压所产生，具有精度低、容易受温度干扰的缺点，往往导致电路不能及时开启和关断，将会使得电路工作效率的下降和器件的损坏。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本专利技术提供了一种带隙基准源电路、全氮化镓带隙基准电路及其制备方法。

2、本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、本专利技术提供一种带隙基准源电路，包括：电流镜电路、二级运放电路和基准电压输出电路；所述电流镜电路、所述二级运放电路和所述基准电压输出电路电连接；

4、所述电流镜电路，包括横向温度传感器、电阻和增强型晶体管，用于产生具有正温度系数的ptat电流；

5、所述二级运放电路，包括增强型晶体管、耗尽型晶体管和电阻，用于钳位所述电流镜电路中的电流镜两侧的晶体管的漏极电压，以使两点电压保持相等；

6、所述基准电压输出电路，包括横向温度传感器、电阻和增强型晶体管，用于输出基准电压；

7、其中，所述电流镜电路和所述基准电压输出电路中的横向温度传感器的电压具有负温度系数。

8、本专利技术还提供一种全氮化镓带隙基准电路，包括：一片晶圆和连接线，所述晶圆上集成有上述带隙基准源电路中的所有横向温度传感器、所有电阻、所有增强型晶体管和所有耗尽型晶体管；所述连接线用于根据上述带隙基准源电路中的连接方式连接所述横向温度传感器、所述电阻、所述增强型晶体管和所述耗尽型晶体管。

9、本专利技术还提供一种全氮化镓带隙基准电路的制备方法，用于制备上述全氮化镓带隙基准电路，所述方法包括：

10、s1、制备外延片，所述外延片自下而上包括si衬底、aln成核层、algan缓冲层、gan沟道层、aln插入层、algan势垒层和p-gan层；

11、s2、在所述p-gan层表面定义增强型hemt的栅极p-gan区域、横向温度传感器的p-gan区域，对除所述增强型hemt的栅极p-gan区域、所述横向温度传感器的p-gan区域之外的p-gan区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述algan势垒层；

12、s3、在所述algan势垒层表面进行台面区域定义，对所述台面区域以外的区域进行向下刻蚀，刻蚀深度延伸至所述gan沟道层，得到当前样品；

13、s4、在所述当前样品表面沉积第一层sio2钝化层；

14、s5、在所述第一层sio2钝化层表面定义所述增强型hemt的源极和漏极凹槽区域、耗尽型hemt的源极和漏极凹槽区域、所述横向温度传感器的阴极凹槽区域和2deg电阻的电极凹槽区域，并对定义的凹槽区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述aln插入层下表面，形成所述增强型hemt的源极和漏极凹槽、所述耗尽型hemt的源极和漏极凹槽、所述横向温度传感器的阴极凹槽和所述2deg电阻的欧姆电极凹槽；

15、s6、在所述欧姆电极凹槽内淀积欧姆接触金属；

16、s7、对所述欧姆接触金属进行快速热退火工艺，形成欧姆接触电极；

17、s8、在经过所述s7后得到的当前样品表面沉积第二层sio2钝化层；

18、s9、在所述增强型hemt的柵极p-gan区域中定义所述增强型hemt的栅极区域，并向下进行刻蚀至所述p-gan层上表面，形成所述增强型hemt的栅极凹槽，以及在所述第二层sio2钝化层表面定义所述耗尽型hemt的栅极凹槽区域，并向下进行刻蚀至所述algan势垒层上表面，形成所述耗尽型hemt的栅极凹槽；在所述横向温度传感器的p-gan区域的周围定义所述横向温度传感器的阳极区域，并向下进行刻蚀至所述algan势垒层上表面，形成所述横向温度传感器的阳极凹槽；

19、s10、在所述增强型hemt的栅极凹槽、所述耗尽型hemt的栅极凹槽和所述横向温度传感器的阳极凹槽内，淀积肖特基金属，形成所述增强型hemt的栅极、所述耗尽型hemt的栅极和所述横向温度传感器的阳极；

20、s11、通过淀积金属，对各元件进行金属化互联，完成所述全氮化镓带隙基准电路的制备。

21、与现有技术相比，本专利技术的有益效果：

22、1、本专利技术提供的带隙基准源电路中的电流镜电路采用二级运放来钳位电流镜两侧晶体管的漏极电压，可以使得两点电压保持相等，利用二级运放高增益的特点，提升了钳位点电压的稳定性和精度，从而使得电流镜电路产生的ptat电流更加精确可靠。

23、2、本专利技术提供的基准源电路可以产生与温度无关的基准电压。电流镜电路产生的电流具有正温度系数，横向温度传感器的电压具有负温度系数，考虑到器件制作工艺误差的影响，可以通过调整第一电阻r1和第二电阻r2的比值，从而最终可以输出一个与温度无关的基准电压，为gan基电路提供高精度的基准电压，提升电路的工作稳定性。

24、3、现有的通过硅基带隙基准源电路产生一个基准电压，然后再将硅基电路与gan基电路制作在pcb板上的方案存在集成度低、设计和制作成本大、板级电路体积大，不符合功率芯片小型化和高功率密度的设计趋势，以及会产生一系列寄生串扰，不利于功率模块高效工作和能源节约的缺点。而本专利技术的全氮化镓带隙基准电路中的所有电路元件全部采用gan器件，并且全部在同一片晶圆上制备获得，提升了电路的功率密度和集成度，降低了成本，充分利用了gan横向集成的优势，减小了电路的寄生串扰效应，并且，本专利技术的全氮化镓带隙基准电路中的所有电路元件的制作工艺与gan功率器件高度兼容，可以与gan功率器件制作在同一片晶圆上，以进一步提升电路的功率密度和集成度，充分发挥gan材料的高频和高功率密度特性。

25、以下将结合附图及具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种带隙基准源电路，其特征在于，包括：电流镜电路、二级运放电路和基准电压输出电路；所述电流镜电路、所述二级运放电路和所述基准电压输出电路电连接；

2.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述二级运放电路的电流源通过耗尽型晶体管的栅极和源极短接所产生。

3.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述电流镜电路包括：第一横向温度传感器D1、第二横向温度传感器D2、第一电阻R1、第一增强型晶体管M1和第二增强型晶体管M2；

4.根据权利要求2所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述二级运放电路包括：第四增强型晶体管M4、第五增强型晶体管M5、第六增强型晶体管M6、第七增强型晶体管M7、第一耗尽型晶体管M8、第二耗尽型晶体管M9、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第六电阻R6；

5.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述基准电压输出电路包括：第三横向温度传感器D3、第二电阻R2和第三增强型晶体管M3；

6.一种全氮化镓带隙基准电路，其特征在于，包括：一片晶圆和连接线，所述晶圆上集成有

7.根据权利要求6所述的全氮化镓带隙基准电路，其特征在于，所述晶圆由下向上包括：Si衬底、位于所述Si衬底上表面的AlN成核层、位于所述AlN成核层上表面的AlGaN缓冲层、位于所述AlGaN缓冲层上表面的GaN沟道层、位于所述GaN沟道层的上表面的AlN插入层、位于所述AlN插入层上表面的AlGaN势垒层、位于所述AlGaN势垒层上表面的P-GaN帽层、位于所述P-GaN帽层上表面的钝化层；其中，所述GaN沟道层和AlGaN势垒层在所述AlN插入层附近形成2DEG；

8.根据权利要求7所述的全氮化镓带隙基准电路，其特征在于，每个所述耗尽型晶体管的栅极、每个所述增强型晶体管的栅极和每个所述横向温度传感器的阳极均是肖特基金属。

9.根据权利要求7所述的全氮化镓带隙基准电路，其特征在于，每个所述电阻的阻值通过所述电阻的两个欧姆电极之间的距离和/或沟道宽度的改变而改变。

10.一种全氮化镓带隙基准电路的制备方法，其特征在于，用于制备上述权利要求6～9中任意一项所述的全氮化镓带隙基准电路，所述方法包括：

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述二级运放电路的电流源通过耗尽型晶体管的栅极和源极短接所产生。

3.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述电流镜电路包括：第一横向温度传感器d1、第二横向温度传感器d2、第一电阻r1、第一增强型晶体管m1和第二增强型晶体管m2；

4.根据权利要求2所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述二级运放电路包括：第四增强型晶体管m4、第五增强型晶体管m5、第六增强型晶体管m6、第七增强型晶体管m7、第一耗尽型晶体管m8、第二耗尽型晶体管m9、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5和第六电阻r6；

5.根据权利要求1所述的带隙基准源电路，其特征在于，所述基准电压输出电路包括：第三横向温度传感器d3、第二电阻r2和第三增强型晶体管m3；

6.一种全氮化镓带隙基准电路，其特征在于，包括：一片晶圆和连接线，所述晶圆上集成有上述权利要求1～5中任意一项所述的带隙基准源电路中的所有横向温度传感器、所有电阻、所有增强型晶体管和所有耗尽型晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁嵩，董浩，严兆恒，江希，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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