[發明專利]一種GaN基超薄勢壘增強/耗盡模式反相器、環振及其制作方法

有效

• 申請號: 201410122687.6
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN103915434A
• 公開（公告）日: 2014-07-09
• 發明（設計）人: 全思;徐小波;李演明;文常保;謝元斌;巨永鋒;郝躍
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L21/77
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明屬于微電子技術領域，涉及半導體器件及電路，具體涉及一種GaN基超薄勢壘增強/耗盡模式（E/D-mode）反相器、環振的結構及實現方法，主要用于作為耐高溫、抗輻照的集成電路基礎單元。

背景技術

GaN材料作為第三代半導體，由于其突出的材料特性，已成為現代國際上研究的熱點。GaN材料特有的極化效應以及GaN材料的高電子飽和速度，使得AlGaN/GaN異質結高電子遷移率晶體管在大功率微波器件方面顯示出明顯的優勢。近年來，AlGaN/GaN異質結耗盡型高電子遷移率晶體管得到了很大的發展，美國加州大學巴巴拉分校的T.Palacios等人研制的AlGaN/GaN高電子遷移率晶體管在40GHz的高頻下可獲得10W/mm的輸出功率，同時能獲得高達163GHz的特征頻率及230GHz的截止頻率。Wu等人2003年報道的器件在30GHz頻率下輸出功率密度為3.5W/mm，2004年報道了器件8GHz下輸出功率密度為32W/mm，漏電壓偏置大于100V。

同時，GaN基HEMT器件由于其寬禁帶特性，具有良好的高溫特性及抗輻照特性，在惡劣環境下的GaN基高速集成電路中具有很好的應用前景。但是由于GaN中p型摻雜的難度很大，所以國際上主要把注意力放在n型增強型器件的研制上，通過將增強型器件和耗盡型器件（或負載電阻）集成，實現增強/耗盡（E/D）模式或增強（E）模式的集成電路。

現有的實現GaN基環振集成電路及其基本單元反相器的方案如下：

現有方案1

Khan等人利用薄勢壘結構制備了第一支GaN基增強型器件，并將增強型器件和耗盡型器件的信號合成，實現了反相器特性。參見文獻M?Asif?Khan,Q?Chen,C?J?Sun.et?al,Enhancement?and?depletion?mode?GaN/AlGaN?heterostructure?field?effect?transistors,Appl.Phys.Lett.,Vol68,January1996,pp:514-516。

現有方案2

Micovic等人采用槽柵刻蝕技術制備增強型器件，并將耗盡型器件和增強型器件集成在同一圓片上，制備了GaN基反相器、環振及2級分頻器。增強型器件槽柵長0.15μm，柵長1μm，采用T型場板結構，器件閾值電壓為0.5V，最大跨導為400mS/mm，最大飽和電流為0.9A/mm。在高電平電壓為1V時，反相器高低噪聲容限分別為0.38V和0.22V。23級環振的振蕩頻率為80MHz，每級延時為272ps，功耗延遲積為50fJ。參見文獻M.Micovic,T.Tsen,M.Hu.et?al,GaN?enhancement/depletion-mode?FET?logic?for?mixed?signal?applications,Electronics?Lett.,Vol.41,September2005,No.19,15th。

現有方案3

2005年蔡勇等人將F等離子體處理增強型器件和常規耗盡型器件集成在同一圓片上制備了E/D-mode反相器及環振。反相器高低噪聲容限分別為0.51V和0.21V。V_DD為2.5V時環振頻率為193MHz，每級延時為152ps；V_DD為3.5V時每級延時為130ps。參見文獻Y?Cai,Z?Q?Cheng,W?C?W?Tang.et?al,Monolithic?Integration?of?Enhancement-and?Depletion-mode?AlGaN/GaN?HEMTs?for?GaN?Digital?Integrated?Circuits,IEDM?Tech.Dig.,2005,pp:771。

現有方案4