CN104037214A - 改善短沟效应的栅控半导体器件 - Google Patents

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吕元杰
房玉龙
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Abstract

本发明公开了一种改善短沟效应的栅控半导体器件，涉及半导体高频器件技术领域。包括栅结构，所述栅结构通过两条以上的栅根进行支撑，所述栅根的总长度与单栅根的栅控半导体器件的栅根长度相同。所述栅控半导体采用多栅根的栅结构，且多栅根的长度总和与常规的单栅根长度相等，利用多个栅根从源到漏在沟道处引入多个势垒，缓解DIBL（漏端引入的势垒降低）效应，从而缓解器件的短沟效应。

Description

改善短沟效应的栅控半导体器件
技术领域
本发明涉及半导体高频器件技术领域，尤其涉及一种能够改善短沟效应的栅控半导体。
背景技术
随着器件工作频率的提高，器件的特征尺寸越来越小，纳米栅成为改善频率的重要技术之一。纳米栅导致严重的短沟道效应，如漏致势垒下降（DIBL）、阈值电压漂移等，影响器件的特性。国内外学者不断的提出新型栅结构，增强栅控能力，改善短沟效应。文献：Jong-Tae Park，Member，and Jean-Pierre Colinge，Multiple-Gate SOI MOSFETs: Device Design Guidelines. IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES，2002，49(12)，pp:2222-2229，分析了双栅、三栅、围栅以及π型栅（如图1所示）对短沟效应具有较好的改善效果。但是，这些改进的栅结构均是从三维增加了实际栅长，大大增加了栅电容，图2为常规单栅根T栅Ⅲ族氮化物HEMT器件的结构示意图。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改善短沟效应的栅控半导体，所述栅控半导体采用两条以上栅根的栅结构，且两条以上栅根的长度总和与常规的单栅根长度相等，利用两条以上栅根从源到漏在沟道处引入多个势垒，缓解DIBL（漏端引入的势垒降低）效应，从而缓解器件的短沟效应，提高器件的性能。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种改善短沟效应的栅控半导体器件，包括栅结构，其特征在于：所述栅结构通过两条以上的栅根进行支撑，所述两条以上的栅根的总长度与单栅根的栅控半导体器件的栅根长度相同。
进一步优选的技术方案在于：所述栅控半导体器件为Si栅控半导体器件、Ⅲ族氮化物栅控半导体器件、GaAs栅控半导体器件、金刚石栅控半导体器件、石墨烯栅控半导体器件、Ge栅控半导体器件或InP栅控半导体器件。
进一步优选的技术方案在于：所述两条以上的栅根长度相等或不等。
进一步优选的技术方案在于：所述栅结构为介质栅或者肖特基栅。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述栅控半导体采用多栅根栅结构，且多栅根的长度总和与常规的单栅根长度相等，利用多个栅根从源到漏在沟道处引入多个势垒，缓解DIBL（漏端引入的势垒降低）效应，从而缓解器件的短沟效应。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是现有技术中多种改善短沟效应的栅结构示意图；
图2是常规单栅根T栅Ⅲ族氮化物HEMT器件的结构示意图；
图3是本发明实实施例一中的双栅根栅III族氮化物HEMT器件的结构示意图；
图4是本发明实实施例一中的三栅根栅JFET器件的结构示意图；
图5是总栅长为100nm的 AlGaN/GaN HEMT输出特性曲线图；
其中：1、衬底；2、缓冲层；3、沟道层；4、势垒层；5、源电极；6、漏电极；7、单栅根栅电极；8、多栅根栅电极；9、绝缘介质；10、P型或者N型半导体；11、N型或者P型半导体 71；81、栅根。
具体实施方式
基于背景技术所述，本发明提供了以下技术方案解决现有技术中存在的问题：
一种改善短沟效应的栅控半导体器件，包括栅结构，本领域的技术人员可以得知当然还包括其他必须的结构，是与现有技术相同的，在此不做赘述。
本发明的发明点在于：所述栅结构通过两条以上的栅根进行支撑，所述两条以上的栅根的总长度与单栅根的栅控半导体器件的栅根长度相同。进一步的，所述栅控半导体器件为Si栅控半导体器件、Ⅲ族氮化物栅控半导体器件、GaAs栅控半导体器件、金刚石栅控半导体器件、石墨烯栅控半导体器件、Ge栅控半导体器件或InP栅控半导体器件；所述两条以上的栅根长度相等或不等，可以根据需要进行适当调整；所述栅结构为介质栅或者肖特基栅。
以上是本申请的核心思想，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面通过具体实施例进行说明。
实施例一
如图3所示，本发明公开了一种改善短沟效应的栅控半导体器件：
a、所述器件的栅结构为由2个栅根进行支撑的肖特基栅；
c、所述两个栅根的长度相等，两个栅根的总长度与现有技术中单栅根的长度相同；
d、所述衬底1为Si，或者蓝宝石，或者SiC，或者GaN，或者金刚石；
e、所述沟道层4为GaN或者AlxGa1-xN（0<x<1）；
f、所述势垒层5为InxAlyGa1-x-yN（0≤x≤1，0≤y≤1，x+y≤1）；
实施例二
如图4所示，本发明公开了一种改善短沟效应的栅控半导体器件：
a、所述器件的栅结构为由3个栅根进行支撑的介质栅；
b、所述栅结构的栅根长度不相等，三个栅根的总长度与现有技术中单栅根的长度相同；
c、P型或者N型半导体10为Si或者Ge或者GaAs或者GaN；
d、N型或者P型半导体11为Si或者Ge或者GaAs或者GaN；
e、P型或者N型半导体10和N型或者P型半导体11为相同半导体或者不同半导体；
如图5所示，为总栅长为100nm的 AlGaN/GaN HEMT输出特性曲线图；（实线为本发明结构，虚线为常规结构，从图中可以看出本发明结构的短沟效应明显得到改善。

Claims (4)

1.一种改善短沟效应的栅控半导体器件，包括栅结构，其特征在于：所述栅结构通过两条以上的栅根进行支撑，所述两条以上的栅根的总长度与单栅根的栅控半导体器件的栅根长度相同。
2.根据权利要求1所述的改善短沟效应的栅控半导体器件，其特征在于：所述栅控半导体器件为Si栅控半导体器件、Ⅲ族氮化物栅控半导体器件、GaAs栅控半导体器件、金刚石栅控半导体器件、石墨烯栅控半导体器件、Ge栅控半导体器件或InP栅控半导体器件。
3.根据权利要求1所述的改善短沟效应的栅控半导体器件，其特征在于：所述两条以上的栅根长度相等或不等。
4.根据权利要求1所述的改善短沟效应的栅控半导体器件，其特征在于：所述栅结构为介质栅或者肖特基栅。
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