[發明專利]一種通過漸變柵實現多閾值調制技術的HEMT器件及制備方法

有效

• 申請號: 202110769588.7
• 申請日: 2021-07-07
• 公開（公告）號: CN113555430B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）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）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L21/335;H01L29/423
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明涉及一種通過漸變柵實現多閾值調制技術的HEMT器件及制備方法，該HEMT器件包括襯底層(1)；插入層(2)，位于所述襯底層(1)上；緩沖層(3)，位于所述插入層(2)上；源電極(4)，位于所述緩沖層(3)的一端；漏電極(5)，位于所述緩沖層(3)的另一端；勢壘層(6)，位于所述緩沖層(3)上，且位于所述源電極(4)和所述漏電極(5)之間；鈍化層(7)，覆蓋在所述源電極(4)、所述漏電極(5)和所述勢壘層(6)上；柵電極(8)，位于所述勢壘層(6)的表面和所述鈍化層(7)的表面，其中，所述柵電極(8)的柵腳(81)貫穿所述鈍化層(7)，且所述柵腳(81)采用沿柵寬方向柵長漸變的漸變柵結構。該HEMT器件的線性度得到了改善，實現了高線性HEMT器件，滿足了高頻、高線性的應用需求。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種通過漸變柵實現多閾值調制技術的HEMT器件及制備方法。

背景技術

隨著無線基站、衛星通訊、雷達應用等的迅速發展，現代無線通信系統需要更高的瞬時帶寬、數據傳輸速度以及頻率效率，這對功率放大器提出了更高的要求。而GaN基HEMT器件具有高擊穿電壓、大電流密度、低導通電阻等優異性能，因此成為雷達探測、衛星通訊以及5G通信等領域功率放大器的理想射頻功率器件。然而隨著集成度不斷提高，器件尺寸不斷縮小。在柵長不斷減小的過程中，由于傳統平面結構的GaN基HEMT器件受短溝道效應、柵極漏電以及源極驅動電阻Rs等的顯著影響，跨導曲線的平坦度變差，線性度惡化，器件產生更加嚴重的非線性特性，使得功率放大器存在很嚴重的非線性問題，導致高輸入功率時輸出功率飽和、信號失真和傳輸速率低下。

為了減小功放的非線性失真，功率回退法、反饋技術、預失真技術以及前饋技術等電路級線性化技術得到廣泛應用。這些方法可以在一定程度上改善系統的線性度，但隨之而來的是更復雜的電路系統，更大的面積以及更高的能量損耗。而HEMT器件作為功放的核心器件，其非線性特性的改善可以在一定程度上可以極大地緩解功率放大器的非線性失真問題，所以從HEMT器件非線性特性的內在物理機理出發，從器件級層面改善功放的線性度，成為一種新的研究熱點。

基于上述原因，許多研究者相繼提出了多種器件級線性化技術來改善晶體管的非線性特性。

2015年，Tao Gao，Ruimin Xu等人通過利用非線性鐵電材料Pb(Zr_0.25Ti_0.48)作為柵電介質，顯著提高了GaN基MIS-HEMTs固有線性度，和傳統的線性電介質柵MIS-HEMTs的單峰跨導曲線相比，在PZT柵MIS-HEMTs跨導-電壓曲線觀察到明顯的雙峰特征，使得柵壓擺幅相對于總的偏置范圍顯著提高。基于自洽計算，結果表明跨導-電壓曲線的第二個峰是在大的電流條件下由電介質的非線性極化特性產生。

2017年，Kai Zhang等人提出了一種新型AlGaN/GaN鰭式場效應晶體管(FinField-Effect Transistor，FinFET)，通過對柵下及Access區域的勢壘進行刻蝕，該結構實現了平坦度較好的的跨導(Gm)輪廓。當歸一化為有效溝道寬度時，制備的FinFET的電流密度是常規平面器件的1.45倍，并且其功率密度在8GHz時達到11.3W/mm，是常規平面器件的1.66倍，同時由于較低的源極電阻(RS)，其跨導平坦度得到極大提高，器件線性特性明顯改善。

目前，現有技術中改善器件線性度的方法主要有三種：1、利用雙溝道結構改善器件線性度；2、利用鰭(Fin)結構改善器件線性度；3、利用緩變勢壘結構改善器件線性度。

對于利用雙溝道結構改善線性度，由于雙溝道結構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目線性增加，大幅提高器件的電流驅動能力，在肖特基柵之外的區域，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。但是由于該結構會導致柵對下溝道的控制能力減弱，產生短溝道效應，因此不適合毫米波應用。