[發明專利]一種具有部分下沉溝道的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管

在審

• 申請號: 202111058027.2
• 申請日: 2021-09-09
• 公開（公告）號: CN113782590A
• 公開（公告）日: 2021-12-10
• 發明（設計）人: 賈護軍;董夢宇;王笑偉;朱順威;楊銀堂
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/10;H01L29/786
• 代理公司: 西安瀚匯專利代理事務所(普通合伙) 61279
• 代理人: 汪重慶

本發明涉及場效應晶體管技術領域，公開了一種具有部分下沉溝道的4H?SiC金屬半導體場效應晶體管，自下而上包括4H?SiC半絕緣襯底、P型緩沖層和N型溝道層，所述N型溝道層的上方分別為源極帽層和漏極帽層，所述源極帽層和漏極帽層表面分別是源電極和漏電極，所述N型溝道層上方靠近源極的一側形成柵電極，柵極與源極之間是輕摻雜區域，所述輕摻雜區域下方是部分下沉溝道的重摻雜區域，高柵下方與漏極之間為絕緣區域。本發明場效應晶體管具有高的擊穿電壓的同時還能保持高飽和電流與跨導，實現了較高的PAE。

技術領域

本發明涉及場效應晶體管技術領域，具體涉及一種具有部分下沉溝道的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管。

背景技術

SiC功率器件的出現大大提升了半導體器件的性能，這對電力電子行業的發展意義重大。與Si器件相比，SiC功率器件可以有效實現電力電子系統的高效率、小型化和輕量化。據了解，SiC功率器件的能量損耗只有Si器件的一半，發熱量只有Si器件的一半，且有更高的電流密度。在相同功率等級下，SiC功率模塊的體積顯著小于Si功率模塊。SiC在微波功率器件，尤其是金屬半導體場效應晶體管(MESFET)的應用中占有主要地位。SiCMESFET非常適合在雷達發射機中使用；使用它可顯著提高雷達發射機的輸出功率和功率密度，提高工作頻率和工作頻帶寬度，提高雷達發射機的環境溫度適應性，提高抗輻射能力。

傳統的4H-SiCMESFET的結構為雙凹柵結構，如圖1所示，從下到上依次是：4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層和N+帽層，通過對傳統結構溝道形狀以及柵極形狀改變能夠使器件性能得到提升。例如，CN105118867A公開了一種具有部分下沉溝道的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管，N型溝道層上方且靠近源級帽層一側形成柵電極，靠近源級帽層側的部分柵電極向下凹陷，形成凹柵結構，柵電極與漏極帽層之間形成凹陷柵漏漂移區，P緩沖層上端面靠近漏極帽層處與凹柵漏側之間形成凹陷柵漏緩沖層，凹陷柵漏漂移區的凹陷深度與凹陷柵漏緩沖層的凹陷深度相同，該方案具有漏極輸出電流大、擊穿電壓高、頻率特性優良的優點。

然而現有改進對器件性能的提升有限，許多改善結構在提升器件跨導的同時降低了器件擊穿電壓，提高器件擊穿電壓的同時又降低了器件飽和電流，提高器件飽和電流的同時又降低器件的頻率特性，即提升器件某一方面性能的時候往往伴隨著某一方面性能的降低。這種矛盾關系嚴重影響了器件性能的提升。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種具有部分下沉溝道的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管。

為實現以上目的，本發明采用如下技術方案：

一種具有部分下沉溝道的4H-SiC金屬半導體場效應晶體管，自下而上包括4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層和N型溝道層，所述N型溝道層的上方分別為源極帽層和漏極帽層，所述源極帽層和漏極帽層表面分別是源電極和漏電極，所述N型溝道層上方靠近源極的一側形成柵電極，柵極與源極之間是輕摻雜區域，所述輕摻雜區域下方是部分下沉溝道的重摻雜區域，高柵下方與漏極之間為絕緣區域。

優選的，所述輕摻雜區域高度為0.15μm，寬度為0.5μm，摻雜濃度為1×10¹⁷cm^-3。

優選的，所述重摻雜區域的高度為0.2μm，寬度為0.5μm，摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3。

優選的，所述絕緣區域高度為0.05μm，寬度為1.5μm。

優選的，所述柵電極，其柵源間距為0.5μm，柵漏間距為1.0μm，柵長為0.7μm。

優選的，所述絕緣區域采用的是材料為氮化硅(Si₃N₄)。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：