[實用新型]GaN 基超薄勢壘增強/耗盡模式反相器及環(huán)振

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420147589.3
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN203826386U
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 全思;徐小波;張林;谷文萍;文常保;閆茂德;郝躍
• 申請（專利權(quán)）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(quán)

技術領域

本實用新型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(huán)振的結(jié)構(gòu)，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(xiàn)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(zhì)結(jié)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(yōu)勢。近年來，AlGaN/GaN異質(zhì)結(jié)耗盡型高電子遷移率晶體管得到了很大的發(fā)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(huán)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(xiàn)增強/耗盡（E/D）模式或增強（E）模式的集成電路。?

現(xiàn)有的實現(xiàn)GaN基環(huán)振集成電路及其基本單元反相器的方案如下：?

現(xiàn)有方案1?

Khan等人利用薄勢壘結(jié)構(gòu)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(xiàn)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/AlGaNheterostructure?field?effect?transistors,Appl.Phys.Lett.,Vol68,January1996,pp:514-516。?

現(xiàn)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(huán)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(jié)構(gòu)，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(huán)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(xiàn)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(guī)耗盡型器件集成在同一圓片上制備了E/D-mode反相器及環(huán)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(huán)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/GaNHEMTs?for?GaN?Digital?Integrated?Circuits,IEDM?Tech.Dig.,2005,pp:771。?

現(xiàn)有方案4?

2007年蔡勇等人采用F等離子體處理制備MIS結(jié)構(gòu)增強型器件，柵介質(zhì)為15nm的Si3N4，并將增強型器件和耗盡型器件集成了E/D-mode反相器。增強型器件閾值電壓為2V，最大飽和電流為420mA/mm，最大跨導為125mS/mm，反相器高低噪聲容限分別為2V和2.1V。參見文獻R?N?Wang,Y?Cai,W?C?W?Tang.et?al,Integration?of?enhancement?and?depletion-mode?AlGaN/GaN?MIS-HFETs?by?fluoride-based?plasma?treatment,phys.stat.sol.(a)Vol204,2007,pp:2023–2027。?