[發(fā)明專利]一種利用全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)型III-V HEMT器件

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810405244.6
• 申請(qǐng)日: 2018-04-29
• 公開（公告）號(hào): CN108598161B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董志華;張輝;張佩佩;程知群;劉國華;李仕琦;蔣俊杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/778
• 分類號(hào): H01L29/778;H01L29/06;H01L27/06;H01L21/335
• 代理公司: 浙江永鼎律師事務(wù)所 33233
• 代理人: 雷仕榮

本發(fā)明公開了一種利用全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)型III?V HEMT器件，在襯底上依次形成第二半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層并在所述第二半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)；源電極和漏電極通過形成于該異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣電連接；柵電極用于控制所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)中二維電子氣的導(dǎo)通或斷開；還包括設(shè)置在所述源電極和柵電極之間的全固態(tài)電池，所述全固態(tài)電池由至少1組電池單元串聯(lián)或串并聯(lián)構(gòu)成，用于使異質(zhì)結(jié)構(gòu)相應(yīng)區(qū)域中二維電子氣耗盡。本發(fā)明能有效實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型工作模式，此外，全固態(tài)電池是與微納加工工藝兼容的，可以在器件的工藝過程中一次完成。同時(shí)，器件的閾值電壓可通過串聯(lián)固態(tài)電池的單元數(shù)來改變。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微電子器件領(lǐng)域，特別涉及一種通過引入全固態(tài)電池和二極管對(duì)的組合結(jié)構(gòu)(全固態(tài)電池組合結(jié)構(gòu))獲得增強(qiáng)型III-V HEMT(High Electron MobilityTransistor，高電子遷移率晶體管)器件。

背景技術(shù)

隨著技術(shù)進(jìn)步，人們對(duì)于微電子器件的截止頻率、功率密度、開關(guān)損耗等指標(biāo)的要求越來越高，所有這些目標(biāo)都吸引人們將目光聚焦于III-V HEMT器件。以最典型的AlGaN/GaN器件為例，由于多項(xiàng)性能優(yōu)異，因此在5G通信、相控陣?yán)走_(dá)、光伏發(fā)電、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。作為典型的III-V器件，由于晶體結(jié)構(gòu)對(duì)稱性的原因，在AlGaN/GaN基異質(zhì)結(jié)中存在著較強(qiáng)的自發(fā)極化和壓電極化，在天然情況下，即在異質(zhì)結(jié)界面處形成高濃度的2DEG(2dimensional electron gas，二維電子氣)，因此，天然的GaN基HEMT是耗盡型器件(又稱常開型器件)，缺少增強(qiáng)型器件(又稱常關(guān)型器件)。但是在實(shí)際應(yīng)用中，增強(qiáng)型器件是必不可少的。如何獲得增強(qiáng)型器件是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。現(xiàn)有的技術(shù)包括：(1)槽柵技術(shù)。刻蝕柵下的AlGaN，使柵下溝道二維電子氣耗盡。(2)柵下引入PN結(jié)技術(shù)，也稱GIT(gateinjection Trsansistor,柵下注入晶體管)器件。即在柵下重新生長(zhǎng)一層P型AlGaN層，依靠pn結(jié)將勢(shì)壘一側(cè)的導(dǎo)帶底拉高，使異質(zhì)結(jié)界面的三角勢(shì)阱高于費(fèi)米能級(jí)，造成2DEG的耗盡。(3)F離子注入技術(shù)。該技術(shù)利用F離子體積小的特點(diǎn)，將帶負(fù)電的F離子注入到柵下的勢(shì)壘層中，造成2DEG的耗盡。

第一種技術(shù)難以獲得精確的刻蝕深度，而且容易造成溝道的損傷。第二種技術(shù)，P型材料的生長(zhǎng)使材料生長(zhǎng)的成本顯著提高。第三種技術(shù)難于精確控制，且存在可靠性的隱患。

故，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)有必要提出一種技術(shù)方案以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，確有必要提供一種利用全固態(tài)電池獲得增強(qiáng)型III-V HEMT器件，將全固態(tài)電池技術(shù)引入微電子器件領(lǐng)域，利用電池在柵電極和源電極之間形成一個(gè)負(fù)電勢(shì)，耗盡柵電極附近溝道中的電子，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)型器件。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

一種利用全固態(tài)電池實(shí)現(xiàn)的增強(qiáng)型III-V HEMT器件，在襯底(1)上依次形成第二半導(dǎo)體層(2)和第一半導(dǎo)體層(3)并在所述第二半導(dǎo)體層(2)和第一半導(dǎo)體層(3)之間形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)；源電極(5)和漏電極(6)通過形成于該異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的二維電子氣電連接；柵電極(12)用于控制所述異質(zhì)結(jié)構(gòu)中二維電子氣的導(dǎo)通或斷開；還包括設(shè)置在所述源電極(5)和柵電極(12)之間的全固態(tài)電池，所述全固態(tài)電池由至少1組電池單元串聯(lián)或串并聯(lián)構(gòu)成，用于使異質(zhì)結(jié)構(gòu)相應(yīng)區(qū)域中二維電子氣耗盡。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，還包括二極管對(duì)(13、14)，所述全固態(tài)電池的正極集流體(7)與所述源電極(5)電連接，所述全固態(tài)電池的負(fù)極集流體(11)經(jīng)該由二極管對(duì)(13、14)與所述柵電極(12)電連接。

作為優(yōu)選的技術(shù)方案，所述全固態(tài)電池在所述柵電極(12)和源電極(5)之間形成一個(gè)負(fù)電勢(shì)，以耗盡柵電極(5)附近溝道中的二維電子氣。