[發(fā)明專利]基于雙柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710908767.8
• 申請(qǐng)日: 2017-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107887434A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓克鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/423
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)32204
• 代理人: 柏尚春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，尤其涉及一種基于雙柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管。

背景技術(shù)

相對(duì)于傳統(tǒng)的GaAs、InP HEMT/PHEMT器件，GaN HEMT具有更高的擊穿電壓和電流密度，在射頻應(yīng)用中具有更高的功率密度和功率附加效率，因其功率、效率的顯著優(yōu)勢(shì)，GaN HEMT在雷達(dá)收發(fā)陣列、電子戰(zhàn)、通信等多個(gè)領(lǐng)域迅速地取代傳統(tǒng)器件。然而，在GaN HEMT技術(shù)的應(yīng)用中，其相對(duì)脆弱的柵肖特基結(jié)常常成為限制其性能的短板，如柵泄漏電流大、有限的柵壓擺幅以及結(jié)退化等。采用絕緣柵(MIS/MOS)代替肖特基柵可以實(shí)現(xiàn)對(duì)GaN HEMT柵電流的壓制、增大柵壓擺幅，從而實(shí)現(xiàn)性能更優(yōu)異的微波功率器件——GaN MOSHEMT。然而在GaN MOSHEMT的研究實(shí)踐中，嚴(yán)重的電壓-電流遲滯特性阻礙了GaN MOSHEMT微波功率器件的實(shí)用性和工程化，其遲滯特性的本質(zhì)是絕緣柵介質(zhì)與半導(dǎo)體界面態(tài)充放電導(dǎo)致的器件柵延遲，其嚴(yán)重的柵延遲可以導(dǎo)致器件電流密度20％以上的遲滯量和數(shù)秒至數(shù)十秒的遲滯時(shí)間。針對(duì)GaN MOSHEMT界面態(tài)和電壓電流遲滯問(wèn)題，雖然研究者嘗試了界面物理化學(xué)處理、新型絕緣柵介質(zhì)、復(fù)合絕緣柵介質(zhì)、采用低失配襯底提高外延質(zhì)量等多種技術(shù)手段，但效果不佳，低遲滯、零遲滯的GaN MOSHEMT未見(jiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠減少或者消除GaN MOSHEMT的電壓電流遲滯現(xiàn)象的基于雙柵結(jié)構(gòu)的GaN高電子遷移率晶體管

技術(shù)方案：一種基于雙柵結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管，包括襯底、設(shè)于襯底上方的溝道層以及設(shè)于溝道層上方的勢(shì)壘層，所述襯底和溝道層之間，還包括緩沖層和成核層；在所述勢(shì)壘層的上方兩端分別設(shè)有源極和漏極，所述源極和漏極之間為絕緣柵介質(zhì)，所述絕緣柵介質(zhì)的上方設(shè)有遠(yuǎn)柵極，所述絕緣柵介質(zhì)和勢(shì)壘層之間設(shè)有近柵極；所述源極和遠(yuǎn)柵極之間、遠(yuǎn)柵極和漏極之間，均設(shè)有器件鈍化介質(zhì)。所述遠(yuǎn)柵極的近漏端超過(guò)近柵極的長(zhǎng)度。

所述半導(dǎo)體高電子遷移率晶體管采用GAN、GaAs或者InP。

所述襯底選用SiC、Si或者藍(lán)寶石；所述勢(shì)壘層采用本征AlGaN或InAlN；所述絕緣柵介質(zhì)根據(jù)介質(zhì)介電強(qiáng)度和介電常數(shù)的要求采用HfO2、Al₂O₃或Si₃N₄；所述絕緣柵介質(zhì)的淀積方式包括化學(xué)氣相淀積、磁控濺射、原子層淀積；所述遠(yuǎn)柵極采用Au或Cu。所述近柵極采用Ni和Au兩層金屬；所述器件鈍化介質(zhì)為Si₃N₄或者有機(jī)聚合物；優(yōu)選的，所述有機(jī)聚合物為聚對(duì)二甲苯或者BCB。

工作原理：本發(fā)明的雙柵結(jié)構(gòu)功率放大器件，采用特性良好的肖特基界面取代傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中高界面態(tài)密度的柵介質(zhì)半導(dǎo)體界面，達(dá)到減少或消除器件GaN MOSHEMT遲滯特性的效果，并采用絕緣柵介質(zhì)隔離近柵極和遠(yuǎn)柵極的雙柵結(jié)構(gòu)抑制柵極電流。

有益效果：和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)勢(shì)：1、在特定應(yīng)用情形下(微秒脈寬的脈沖工作的微波功率放大應(yīng)用)，在抑制柵電流的同時(shí)能夠顯著減少甚至消除GaN MOSHEMT的電壓電流遲滯現(xiàn)象；2、器件結(jié)構(gòu)緊湊，便于集成；3、成本低，便于推廣應(yīng)用；4、能夠廣泛應(yīng)用于通信、導(dǎo)航、識(shí)別、測(cè)控、廣播電視、遙感遙測(cè)、射電天文、預(yù)警探測(cè)、精密跟蹤、電子對(duì)抗、火控制導(dǎo)等領(lǐng)域。

附圖說(shuō)明

圖1為雙柵結(jié)構(gòu)GaN MOSHMET器件的截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為GaN MOSHEMT傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)；

圖3為雙柵結(jié)構(gòu)的柵結(jié)等效電路。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示為本發(fā)明的基于雙柵結(jié)構(gòu)的GaN MOSHMET器件的截面結(jié)構(gòu)示意圖；包括襯底101，溝道層102和勢(shì)壘層103，襯底101可以是SiC、Si或者藍(lán)寶石，溝道層102采用本征GaN或InGaN，襯底101與溝道層102之間的成核層、緩沖層未在圖中示出；勢(shì)壘層103采用本征AlGaN或InAlN。