[發(fā)明專利]一種基于平面納米線溝道的高線性HEMT器件及制備方法

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• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113594226A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬曉華;劉思佳;宓珉瀚;王鵬飛;張濛;侯斌;楊凌;周雨威
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/778;H01L21/336
• 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: 劉長春

本發(fā)明涉及一種基于平面納米線溝道的高線性HEMT器件及制備方法，該高線性HEMT器件包括：襯底層；緩沖層，位于襯底層上；源電極，位于緩沖層的一端；漏電極，位于緩沖層的另一端；勢壘層，位于緩沖層上，且位于源電極和漏電極之間，其中，勢壘層上設(shè)置有沿柵寬方向間隔排列的由離子注入形成的若干納米線結(jié)構(gòu)，若干納米線結(jié)構(gòu)與未注入?yún)^(qū)域具有不同的柵控能力以形成不同的閾值電壓；柵電極，位于勢壘層上且位于若干納米線結(jié)構(gòu)上。本實施例通過離子注入形成沿柵寬方向間隔排列的納米線結(jié)構(gòu)，可以形成不同的閾值電壓，因此按照特定的結(jié)構(gòu)參數(shù)將器件并聯(lián)，能夠?qū)崿F(xiàn)器件多閾值耦合，使器件沿柵寬方向逐步開啟，進而改善器件的線性度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子技術(shù)，具體涉及一種基于平面納米線溝道的高線性 HEMT器件及制備方法。

背景技術(shù)

近年來，GaN高電子遷移率晶體管(HEMTs)性能不斷提高，然而GaN晶體管的線性度最終限制了其在無線基站、衛(wèi)星通訊、雷達等應(yīng)用中的功率密度和效率的提升。在毫米波范圍內(nèi)，一般通過減小柵長來增加工作頻率，對于常規(guī)的平面GaN基HEMT器件而言，受短溝道效應(yīng)、柵極漏電以及源極驅(qū)動電阻Rs增加等因素的顯著影響，表現(xiàn)在轉(zhuǎn)移特性上即器件的跨導(Gm)曲線會過早的下降，從而導致器件線性度惡化。為了適應(yīng)現(xiàn)代通訊系統(tǒng)對于器件線性度的要求，需要對器件線性度進行有效的優(yōu)化和改善。

與電路級線性化技術(shù)相比，器件級的線性化手段可以避免更加復雜的電路系統(tǒng)，更大的體積以及更高的能量損耗。因此，從HEMT器件非線性特性的內(nèi)在物理機理出發(fā)，從器件級層面改善功放的線性度，成為一種新的研究熱點。目前已從理論上提出多種物理機制來解釋GaN HEMTs器件的非線性行為，包括源極驅(qū)動電阻的增加、極化光學聲子的散射、界面散射以及高漏壓下的自熱效應(yīng)。因此，許多研究者相繼提出了不同的器件級線性化技術(shù)來改善晶體管的非線性特性。

2017年，Sameer Joglekar等人基于跨導補償法顯著提高了器件的線性度。該器件的Fin結(jié)構(gòu)是通過在柵寬方向集成不同Wfin，形成復合器件。因為閾值電壓隨著Fin的寬度變化，所以復合器件相當于將一組閾值電壓略微偏移的場效應(yīng)晶體管并聯(lián)，復合器件的二階跨導(Gm”)減小了2倍，諧波和互調(diào)失真功率降低了15dB，器件線性度得到了明顯提升：IMD和諧波功率提高了20dB，OIP3提升了6dB，從而器件的線性度明顯提高。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中改善器件線性度的方法主要有三種：1、利用MIS HEMT結(jié)構(gòu)改善器件線性度；2、利用雙溝道結(jié)構(gòu)改善器件線性度；3、利用 Fin-like結(jié)構(gòu)改善器件線性度。

對于利用MIS結(jié)構(gòu)改善器件線性度，該種方法是在常規(guī)HEMT結(jié)構(gòu)的柵下生長一層高K介質(zhì)層，從而極大的解決了柵極漏電問題。與常規(guī)HEMT器件相比，該種結(jié)構(gòu)可以將柵極漏電降低約4-6個數(shù)量級，因此可以實現(xiàn)較大的柵壓擺幅(GVS)，從而改善器件線性度。但由于柵下絕緣層引入了較大的柵寄生電容，使得器件頻率特性惡化，不適于制作高頻器件。

對于利用雙溝道結(jié)構(gòu)改善器件線性度，由于雙溝道結(jié)構(gòu)在柵壓逐漸增加的過程中兩個溝道逐步開啟，使得跨導曲線較為平緩，并且由于兩個溝道的二維電子氣密度和遷移率均與單溝道相當，理論上材料電導將隨溝道數(shù)目線性增加，大幅提高器件的電流驅(qū)動能力，在肖特基柵之外的區(qū)域，材料面電阻的減小，也有利于減小器件導通電阻，在較大的漏極電流下仍保持較高的跨導和截止頻率，器件的線性度得到明顯改善。但是由于該結(jié)構(gòu)會導致柵對下溝道的控制能力減弱，產(chǎn)生短溝道效應(yīng)，因此不適合毫米波應(yīng)用。

對于利用Fin-like結(jié)構(gòu)改善器件線性度，該結(jié)構(gòu)基于跨導補償法將具有不同閾值電壓的兩個或者多個器件并聯(lián)，利用不同閾值電壓器件對應(yīng)跨導曲線略微偏移的跨導峰值的疊加補償減少高階跨導，從而提高器件線性度。但該技術(shù)的側(cè)壁柵結(jié)構(gòu)會帶來刻蝕損傷和寄生電容，因此降低了器件的截止頻率，影響了器件的射頻性能。

綜上，現(xiàn)有器件級線性化技術(shù)無法滿足高頻、高線性的應(yīng)用需求，如何實現(xiàn)高線性度的HEMT器件仍是目前亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容