[發(fā)明專利]一種基于電荷分部調(diào)制的高線性毫米波器件

在審

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• 申請日: 2018-09-10
• 公開（公告）號: CN109411349A
• 公開（公告）日: 2019-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬曉華;郝躍;武盛;宓珉瀚
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/335
• 分類號: H01L21/335;H01L29/06;H01L29/423;H01L29/778
• 代理公司: 西安嘉思特知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 61230
• 代理人: 張捷

本發(fā)明涉及一種基于電荷分布調(diào)控的高線性毫米波器件及其制作方法，該制作方法包括：在外延基片上兩側(cè)制作源電極和漏電極，外延基片包括依次生長形成的襯底層、AIN成核層、GaN緩沖層、AlN插入層和AlGaN勢壘層；在AlGaN勢壘層上生長鈍化層；在鈍化層上的柵極區(qū)光刻形成漸變凹槽結(jié)構(gòu)，柵極區(qū)包括漸變凹槽區(qū)域、柵腳區(qū)域和柵帽區(qū)域；在柵帽區(qū)域上光刻形成柵電極圖形；對柵電極圖形蒸發(fā)柵金屬制作柵電極；在源電極和所述漏電極上制作金屬互聯(lián)層，制作得到基于電荷分布調(diào)控的高線性毫米波器。本發(fā)明有效地解決了器件在連續(xù)波工作時中心難散熱的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于電荷分部調(diào)制的高線性毫米波器件。

背景技術(shù)

繼第一代元素半導(dǎo)體材料Si、Ge和第二代化合物半導(dǎo)體材料GaAs、InP等之后，第三代半導(dǎo)體GaN、AlN、InN及其合金具有直接帶隙、禁帶寬度連續(xù)可調(diào)制范圍大、擊穿場強高、飽和電子漂移速度快、熱導(dǎo)率高、抗輻照性能好等優(yōu)點。以第三代半導(dǎo)體材料為基體的電子器件具有更高的頻率、更高的功率，大大的提高了器件性能，迅速填補了第一、二代半導(dǎo)體材料無法滿足半導(dǎo)體器件領(lǐng)域的需求。同時GaN基高電子遷移率晶體管(HighElectron Mobility Transistor，簡稱HEMT)的結(jié)構(gòu)能夠最大限度發(fā)揮氮化物材料的優(yōu)勢，其與Si基MOS和GaAs基高電子遷移率晶體管(HEMTs)相比，具有異質(zhì)結(jié)溝道二維電子氣密度高、飽和電流和輸出功率大、開關(guān)速度快、擊穿電壓高等優(yōu)點，并能夠適應(yīng)高壓、高溫、輻照等惡劣工作環(huán)境。在有源相控陣雷達、電子戰(zhàn)系統(tǒng)、5G通信、智能電網(wǎng)、4C產(chǎn)業(yè)等軍民兩用領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

然而，為了達到目前通訊技術(shù)的要求，高線性、大功率的器件必不可少。我們所指的高線性主要是跨導(dǎo)能夠在很大的柵壓范圍內(nèi)保持一個較高的峰值。而跨導(dǎo)在低場電壓下主要受電容值的增大而影響，在高場電壓下電容趨于飽和，此時跨導(dǎo)主要受遷移率降低的影響。目前的主流做法是增大勢壘層厚度來減小溝道上的分壓，在高的柵壓下使溝道電子遷移率處于一個較高的水平；在器件中引入場板結(jié)構(gòu)來調(diào)制柵邊緣的電場峰值，使得溝道電場分部平坦化；采用雙溝道結(jié)構(gòu)使其器件在工作時隨著柵壓的增大溝道分步開啟，第二溝道的開啟來彌補在高柵壓下跨導(dǎo)值降低的趨勢；或者采用Fin-HEMT結(jié)構(gòu)對柵源電容進行調(diào)制，使其在高場電壓下具有電容增大的趨勢來彌補遷移率降低的趨勢。但是，這些方法都引入了多余的寄生參數(shù)，降低了跨導(dǎo)峰值，影響了器件頻率特性。

目前，在國內(nèi)和國際上，主要采用場板結(jié)構(gòu)來調(diào)制器件電場分部，采用Fin結(jié)構(gòu)改善器件核心圖形系統(tǒng)(Core Graphics System，簡稱C_gs)，采用雙溝道結(jié)構(gòu)來進行多閾值調(diào)控，通過第二溝道的開啟來補償跨導(dǎo)降低的趨勢。方法如下：

2005年A.Chini等人提出采用山下可是凹槽和金屬場板結(jié)構(gòu)等措施，在4H-SiC襯底上制備了一款可應(yīng)用于C波段的高線性器件，場板位于柵上方從柵極中心到漏一端0.7μm處來調(diào)制柵下電場峰值。其中器件的跨導(dǎo)為260mS/mm，4GHz下連續(xù)波輸出功率為18.8W/mm(PAE＝43％)，PAE峰值為74％(功率輸出為6W/mm)，IMD高達45dBc。參考文獻Power andLinearity Characteristics of Field-Plated Recessed-Gate AlGaN/GaN HEMT.IEEEELECTRON DEVICE LETTERS,VOL.25,NO.5,2005。