【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體，涉及氮化鎵功率器件，尤其涉及一種具有抗輻照的能力的ⅲ族氮化物器件。
技術(shù)介紹
1、gan?hemt器件由于具有導(dǎo)通電阻低、開關(guān)速度快、開關(guān)頻率高等優(yōu)勢(shì)，有利于輕質(zhì)、小型化、高效、高功率密度的電源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，在新一代移動(dòng)通訊、數(shù)據(jù)中心、智能汽車、航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。特別地，在航空航天等對(duì)電源系統(tǒng)體積、重量敏感的領(lǐng)域具有較大的應(yīng)用潛力。在航空航天應(yīng)用中，電子器件會(huì)面臨高能粒子的輻照，可能引起單粒子效應(yīng)，造成器件的退化甚至失效。在常規(guī)結(jié)構(gòu)的gan?hemt器件中，由于缺乏有效的輻照感生載流子調(diào)控結(jié)構(gòu)，重離子輻照引入的非平衡空穴可能會(huì)累積在柵極下方附近區(qū)域、造成“背勢(shì)壘效應(yīng)”，引起閾值電壓負(fù)漂移、導(dǎo)致阻斷態(tài)下器件源漏穿通，進(jìn)而引發(fā)漏電增大甚至器件燒毀。目前，gan?hemt器件的單粒子燒毀電壓依然較低，限制了gan功率器件在航空航天場(chǎng)景下的應(yīng)用。
2、因此，為提高gan?hemt器件的抗單粒子輻照能力，推動(dòng)gan?hemt器件在航空航天場(chǎng)景下的應(yīng)用，需要從能帶結(jié)構(gòu)以及器件結(jié)構(gòu)提出對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)，以對(duì)輻照感生空穴進(jìn)行有效的收集、存蓄以及抽取。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，本專利技術(shù)在外延層結(jié)構(gòu)的緩沖層與溝道層之間引入空穴存蓄層，空穴存蓄層在能帶結(jié)構(gòu)上形成了空穴勢(shì)阱以收集溝道層中輻照感生過(guò)剩空穴；通過(guò)設(shè)置抽取電極和第二源極分別收集柵極下方附近區(qū)域以及柵源之間的輻照感生的過(guò)?？昭āＭㄟ^(guò)金屬
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、本專利技術(shù)提供了一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，所述ⅲ族氮化物器件由下至上包括襯底、緩沖層、空穴存蓄層、溝道層、勢(shì)壘層與第一鈍化層，所述溝道層的兩側(cè)分別設(shè)有第一源極與漏極，第一源極與漏極之間靠近第一源極側(cè)設(shè)有p-gan層，所述p-gan層上設(shè)有沿y方向間隔排布的柵極，所述間隔排布的柵極之間設(shè)有刻蝕孔，所述刻蝕孔刻蝕至溝道層、空穴存蓄層或緩沖層，刻蝕孔中均設(shè)有抽取電極，所述抽取電極沿刻蝕孔與側(cè)壁和底部接觸；所述第一源極的附近還設(shè)有第二源極，所述第二源極通過(guò)金屬互連層與第一源極和抽取電極連接；所述除抽取電極、第一源極、第二源極、漏極的頂面外，表面其余區(qū)域均填充有第二鈍化層。
4、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述抽取電極的深度與所述第二源極的深度兩者獨(dú)立。
5、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述刻蝕孔刻蝕至緩沖層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔刻蝕至空穴存蓄層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔刻蝕至溝道層的上表面或內(nèi)部。
6、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，相鄰刻蝕孔的深度相同或者不同。
7、在本專利技術(shù)中，各刻蝕孔可以是底部位于緩沖層的上表面或內(nèi)部、底部位于空穴存蓄層的上表面或內(nèi)部、底部位于溝道層的上表面或內(nèi)部中的一種或其中多種。
8、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述抽取電極與側(cè)壁和底部的半導(dǎo)體層形成肖特基接觸或歐姆接觸。
9、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層、溝道層和空穴存蓄層伸入緩沖層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層和溝道層伸入空穴存蓄層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層伸入溝道層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層、溝道層和空穴存蓄層與緩沖層的上表面接觸；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層和溝道層與空穴存蓄層的上表面接觸；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層與溝道層的上表面接觸。
10、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述形成抽取電極的刻蝕孔在xy平面的刻蝕截面的形狀為圓形、橢圓形、多邊形或其他邊緣不規(guī)則圖形，相鄰刻蝕孔在xy平面的刻蝕截面的形狀和尺寸相同或者不同，刻蝕孔在y方向上的投影長(zhǎng)度相對(duì)于p-gan層在y方向上長(zhǎng)度的比例為5％-90％。
11、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述柵極為肖特基型p-gan柵、歐姆型p-gan柵、凹柵結(jié)構(gòu)、mis柵中的一種或幾種的組合，或是具有上述柵極結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜柵極結(jié)構(gòu)。
12、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，所述抽取電極底部位于空穴存蓄層上表面，第二源極底部位于空穴存蓄層上表面。
13、作為本專利技術(shù)的一種優(yōu)選方案，底部位于空穴存蓄層上表面的抽取電極和底部位于溝道層內(nèi)部的抽取電極依次間隔排列設(shè)置，所述第二源極底部位于空穴存蓄層上表面。
14、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
15、1)本專利技術(shù)在緩沖層與溝道層之間引入空穴存蓄層，形成空穴勢(shì)阱，能夠有效地收集溝道層中輻照感生過(guò)?？昭?，防止其在柵源之間以及柵極附近區(qū)域積累，實(shí)現(xiàn)對(duì)輻照感生過(guò)剩空穴的調(diào)控，抑制背勢(shì)壘效應(yīng)，提升器件抗單粒子輻照能力。
16、2)本專利技術(shù)在間隔排布的柵極間設(shè)置抽取電極，在第一源極附近設(shè)置第二源極，并將抽取電極、第二源極與第一源極通過(guò)金屬互連層連接起來(lái)，可以高效地抽取柵源之間以及柵極附近由單粒子入射引起的輻照感生空穴，進(jìn)一步抑制背勢(shì)壘效應(yīng)，從而提升器件抗單粒子輻照能力。
17、3)本專利技術(shù)中器件結(jié)構(gòu)的制作工藝與傳統(tǒng)工藝完全兼容，無(wú)需額外引入復(fù)雜的工藝步驟。
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1.一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述Ⅲ族氮化物器件由下至上包括襯底、緩沖層、空穴存蓄層、溝道層、勢(shì)壘層與第一鈍化層，所述溝道層的兩側(cè)分別設(shè)有第一源極與漏極，第一源極與漏極之間靠近第一源極側(cè)設(shè)有p-GaN層，所述p-GaN層上設(shè)有沿y方向間隔排布的柵極，所述間隔排布的柵極之間設(shè)有刻蝕孔，所述刻蝕孔刻蝕至溝道層，空穴存蓄層或緩沖層，刻蝕孔中均設(shè)有抽取電極，所述抽取電極沿刻蝕孔與側(cè)壁和底部接觸；所述第一源極的附近還設(shè)有第二源極，所述第二源極通過(guò)金屬互連層與第一源極和抽取電極連接；所述除抽取電極、第一源極、第二源極、漏極的頂面外，表面其余區(qū)域均填充有第二鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述抽取電極的深度與所述第二源極的深度兩者獨(dú)立。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述刻蝕孔底部位于緩沖層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔底部位于空穴存蓄層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔底部位于溝道層的上表面或內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述抽取電極與側(cè)壁和底部的半導(dǎo)體層形成肖特基接觸或歐姆接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層、溝道層和空穴存蓄層伸入緩沖層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層和溝道層，伸入空穴存蓄層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層伸入溝道層內(nèi)部；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層、溝道層和空穴存蓄層與緩沖層的上表面接觸；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層和溝道層與空穴存蓄層的上表面接觸；或者所述第二源極穿過(guò)所述勢(shì)壘層與溝道層的上表面接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述刻蝕孔在xy平面的刻蝕截面的形狀為圓形、橢圓形、多邊形或其他邊緣不規(guī)則圖形，相鄰刻蝕孔在xy平面的刻蝕截面的形狀和尺寸相同或者不同；所述刻蝕孔在y方向上的投影長(zhǎng)度相對(duì)于p-GaN層在y方向上長(zhǎng)度的比例為5％-90％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述柵極結(jié)構(gòu)為肖特基型p-GaN柵、歐姆型p-GaN柵、凹柵結(jié)構(gòu)、MIS柵中的一種或幾種的組合，或是具有上述柵極結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜柵極結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，抽取電極底部位于空穴存蓄層上表面，第二源極底部位于空穴存蓄層上表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的一種具有抗單粒子輻照能力的Ⅲ族氮化物器件，其特征在于，底部位于空穴存蓄層上表面的抽取電極和底部位于溝道層內(nèi)部的抽取電極依次間隔排列設(shè)置，第二源極底部位于空穴存蓄層上表面。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述ⅲ族氮化物器件由下至上包括襯底、緩沖層、空穴存蓄層、溝道層、勢(shì)壘層與第一鈍化層，所述溝道層的兩側(cè)分別設(shè)有第一源極與漏極，第一源極與漏極之間靠近第一源極側(cè)設(shè)有p-gan層，所述p-gan層上設(shè)有沿y方向間隔排布的柵極，所述間隔排布的柵極之間設(shè)有刻蝕孔，所述刻蝕孔刻蝕至溝道層，空穴存蓄層或緩沖層，刻蝕孔中均設(shè)有抽取電極，所述抽取電極沿刻蝕孔與側(cè)壁和底部接觸；所述第一源極的附近還設(shè)有第二源極，所述第二源極通過(guò)金屬互連層與第一源極和抽取電極連接；所述除抽取電極、第一源極、第二源極、漏極的頂面外，表面其余區(qū)域均填充有第二鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述抽取電極的深度與所述第二源極的深度兩者獨(dú)立。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述刻蝕孔底部位于緩沖層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔底部位于空穴存蓄層的上表面或內(nèi)部；或者所述刻蝕孔底部位于溝道層的上表面或內(nèi)部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，其特征在于，相鄰刻蝕孔的深度相同或者不同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件，其特征在于，所述抽取電極與側(cè)壁和底部的半導(dǎo)體層形成肖特基接觸或歐姆接觸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有抗單粒子輻照能力的ⅲ族氮化物器件...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊樹，王子昂，王民澤，韓在天，謝選，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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