本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，涉及一種具有梳狀通道結(jié)構(gòu)的抗單粒子gan?hemt器件。

背景技術(shù)：

1、氮化鎵(gan)基高電子遷移率晶體管(hemt)作為第三代半導(dǎo)體器件的代表，憑借其寬禁帶特性(3.4ev)、高臨界擊穿場(chǎng)強(qiáng)(3.3mv/cm)以及高電子飽和漂移速度(2.5×107cm/s)，在射頻功率放大器和電力電子領(lǐng)域展現(xiàn)出革命性潛力。研究表明，氮化鋁(aln)與gan具有幾乎相同的飽和電子漂移速度，但其擊穿場(chǎng)強(qiáng)能夠達(dá)到12mv/cm，禁帶寬度是gan的兩倍，因此，將gan和aln的合金algan作為溝道材料，能夠在不降低電流密度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)擊穿電壓的提升，基于algan/gan異質(zhì)結(jié)構(gòu)的hemt器件，其二維電子氣(2deg)面密度可達(dá)到1×10^13cm-2，電子遷移率超過(guò)2000cm2/(v·s)，使其在高壓、高頻和高效率場(chǎng)景中成為硅基器件的理想替代品。近年來(lái)，隨著深空探測(cè)、低軌衛(wèi)星星座等航天任務(wù)的快速發(fā)展，ganhemt因其抗輻射特性被廣泛應(yīng)用于星載電源系統(tǒng)、離子推進(jìn)器驅(qū)動(dòng)模塊等關(guān)鍵領(lǐng)域。然而，空間輻射環(huán)境中的高能粒子(如重離子、質(zhì)子)引發(fā)的單粒子效應(yīng)(single-event?effects,sees)，尤其是單粒子燒毀(single-event?burnout,seb)，嚴(yán)重制約了gan功率器件在高壓工況下的可靠性。

2、algan?hemt的抗輻射性是由于algan/gan材料體系的高輻射硬度。這種高輻射硬度是由于材料的高原子序數(shù)和高熔點(diǎn)，這使得它們具有很高的抗輻射誘發(fā)缺陷的能力。此外，algan?hemt的高電子遷移率降低了電荷捕獲和陷阱誘導(dǎo)的柵極泄漏電流的概率，這進(jìn)一步增強(qiáng)了這些器件的抗輻射能力。然而，單粒子效應(yīng)作為瞬態(tài)輻射損傷的典型形式，其作用機(jī)制與總劑量輻射(tid)截然不同：當(dāng)高能重離子(如宇宙射線(xiàn)中的鐵離子)入射到gan功率半導(dǎo)體器體內(nèi)部后，會(huì)將自身的能量轉(zhuǎn)移給器件材料中的電子，其能量在器件內(nèi)部通過(guò)電離作用產(chǎn)生相應(yīng)的入射徑跡，且沿著徑跡會(huì)產(chǎn)生高密度電子-空穴對(duì)(>1×1019cm-3)，器件的電流瞬間發(fā)生變化，引發(fā)局部雪崩倍增效應(yīng)，最終引發(fā)器件永久性失效。

3、為提升gan?hemt的抗seb能力，學(xué)界提出了多種解決方案：(1)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，例如引入場(chǎng)板(field?plate)或階梯場(chǎng)板(step?field?plate)以平滑電場(chǎng)分布，但場(chǎng)板會(huì)增加?xùn)怕╇娙?c_gd)，導(dǎo)致開(kāi)關(guān)速度下降；(2)材料改性，采用al組分梯度變化的algan勢(shì)壘層，通過(guò)能帶工程降低峰值電場(chǎng)，然而高al含量(>30％)會(huì)引發(fā)晶格失配和界面缺陷，削弱2deg遷移率；(3)終端保護(hù)設(shè)計(jì)，如集成齊納二極管或瞬態(tài)電壓抑制器(tvs)，但此類(lèi)方案需額外芯片面積，且響應(yīng)速度難以匹配納秒級(jí)單粒子瞬態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有梳狀通道結(jié)構(gòu)的抗單粒子gan?hemt器件，通過(guò)在漏極左側(cè)引入梳狀n型algan通道，并用阻隔層將漏極與勢(shì)壘層隔開(kāi)，使單粒子入射后產(chǎn)生的大量載流子經(jīng)由該梳狀n型algan通道進(jìn)行泄流，減少載流子在漏極附近的碰撞電離率與器件內(nèi)部的瞬態(tài)電流，提高器件的單粒子燒毀電壓。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種具有梳狀通道結(jié)構(gòu)的抗單粒子gan?hemt器件，自下而上包括緩沖層、勢(shì)壘層和鈍化層，在勢(shì)壘層上方的鈍化層中形成有源極、漏極和p-gan層，其中p-gan層上方形成有柵極。

4、此外，在所述漏極左側(cè)的鈍化層中設(shè)置一梳狀n型algan通道，且該梳狀n型algan通道與所述漏極相鄰。漏極和勢(shì)壘層之間通過(guò)一阻隔層隔開(kāi)。

5、進(jìn)一步的，所述梳狀n型algan通道下方采用嵌入層隔開(kāi)。其中，梳狀n型algan通道的厚度范圍為50nm～150nm，長(zhǎng)度范圍為0.5μm～3μm。嵌入層采用氮化物，厚度范圍為50nm～100nm，長(zhǎng)度范圍為0.1μm～1μm，相鄰的所述嵌入層之間間隔長(zhǎng)度范圍為0.1μm～1μm。

6、進(jìn)一步的，所述阻隔層采用氮化物，厚度范圍為50nm～100nm，長(zhǎng)度范圍為1μm～2μm。

7、進(jìn)一步的，所述緩沖層的厚度范圍為1μm～5μm。

8、進(jìn)一步的，所述勢(shì)壘層采用algan，其厚度范圍為15nm～25nm。

9、進(jìn)一步的，所述鈍化層采用氮化物，其厚度范圍為100nm～600nm。

10、本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明通過(guò)在器件漏極左側(cè)引入梳狀n型algan通道，并用阻隔層將漏極與勢(shì)壘層隔開(kāi)，使得單粒子入射后產(chǎn)生的大量載流子由該梳狀n型algan通道進(jìn)行泄流，不僅調(diào)制了漏極附近的電場(chǎng)，而且漏極附近的高壓轉(zhuǎn)由阻隔層承受，大大降低了單粒子入射后在漏極靠柵極一側(cè)形成的高場(chǎng)，減少載流子在漏極附近的碰撞電離率與器件內(nèi)部的瞬態(tài)電流，提高了器件的單粒子燒毀電壓。

11、本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種具有梳狀通道結(jié)構(gòu)的抗單粒子gan?hemt器件，自下而上包括緩沖層、勢(shì)壘層和鈍化層，所述勢(shì)壘層上方的鈍化層中形成有源極、漏極和p-gan層，所述p-gan層上方形成有柵極，其特征在于，所述漏極和勢(shì)壘層之間通過(guò)一阻隔層隔開(kāi)，在所述漏極左側(cè)的鈍化層中設(shè)置一梳狀n型algan通道，且該梳狀n型algan通道與所述漏極相鄰。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述梳狀n型algan通道下方采用嵌入層隔開(kāi)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述嵌入層采用氮化物，厚度范圍為50nm～100nm，長(zhǎng)度范圍為0.1μm～1μm，相鄰的所述嵌入層之間間隔長(zhǎng)度范圍為0.1μm～1μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述阻隔層采用氮化物，厚度范圍為50nm～100nm，長(zhǎng)度范圍為1μm～2μm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述緩沖層的厚度范圍為1μm～5μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述勢(shì)壘層采用algan，其厚度范圍為15nm～25nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述鈍化層采用氮化物，其厚度范圍為100nm～600nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗單粒子gan?hemt器件，其特征在于，所述梳狀n型algan通道的厚度范圍為50nm～150nm，長(zhǎng)度范圍為0.5μm～3μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種具有梳狀通道結(jié)構(gòu)的抗單粒子GaN?HEMT器件，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該器件自下而上包括緩沖層、勢(shì)壘層、鈍化層、源極、柵極和漏極，還包括一個(gè)梳狀通道結(jié)構(gòu)，其中梳狀通道結(jié)構(gòu)位于漏極左側(cè)，勢(shì)壘層上方，且在漏極與勢(shì)壘層之間存在阻隔層。本發(fā)明通過(guò)在漏極左側(cè)引入梳狀n型AlGaN通道，并用阻隔層將漏極與勢(shì)壘層隔開(kāi)；單粒子入射后產(chǎn)生的大量載流子可通過(guò)該梳狀n型AlGaN通道進(jìn)行泄流，不僅調(diào)制了漏極附近的電場(chǎng)，而且漏極附近的高壓轉(zhuǎn)由阻隔層承受，大大降低了單粒子入射后在漏極靠柵極一側(cè)形成的高場(chǎng)，減少載流子在漏極附近的碰撞電離率與器件內(nèi)部的瞬態(tài)電流，提高了器件的單粒子燒毀電壓。

技術(shù)研發(fā)人員：高升,池天宇,羅興雨,吳艷君,李萱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15