CN112271217A - 一种抗冲击场效应晶体管及抗冲击低噪声放大器 - Google Patents

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CN112271217A CN202011203509.8A CN202011203509A CN112271217A CN 112271217 A CN112271217 A CN 112271217A CN 202011203509 A CN202011203509 A CN 202011203509A CN 112271217 A CN112271217 A CN 112271217A
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Abstract

本发明公开了一种抗冲击场效应晶体管，包括场效应晶体管本体和至少一个具有饱和电流的外延层；场效应晶体管本体包括第一活性层，栅极电极，源极电极，以及漏极电极；外延层包括第二活性层，阳极，以及阴极；栅极电极，源极电极和漏极电极中至少一个电连接有外延层；外延层的饱和电流小于场效应晶体管本体的饱和电流，外延层的饱和电流大于场效应晶体管本体的工作电流。通过设置该外延层，可以使得流经场效应晶体管本体的电流同时经过外延层。当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层造成影响，使得该外延层可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体不会烧毁。本发明还提供了一种抗冲击低噪声放大器，同样具有上述有益效果。

Description

一种抗冲击场效应晶体管及抗冲击低噪声放大器
技术领域
本发明涉及晶体管技术领域，特别是涉及一种抗冲击场效应晶体管以及一种抗冲击低噪声放大器。
背景技术
随着科技的进步以及社会不断的发展，晶体管在人们日常生活中应用的越来越广泛。场效应晶体管(Field Effect Transistor)简称场效应管，属于电压控制型半导体器件。具有输入电阻高(107Ω～1015Ω)、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
在空间探测、强磁场、电子对抗等领域，半导体器件或集成电路往往会遇到干扰信号，这些干扰信号有可能达到极大的功率，目前使用的高迁移率场效应晶体管，其功率耐受能力比较小，具体体现在电流、电压过大导致的器件烧毁，包括在大功率输入条件下的栅极烧毁、栅极肖特基结烧毁、器件外延层电流过大导致的外延层烧毁、电流过大导致的源漏欧姆接触的烧毁。所以如何提高场效应晶体管的抗冲击性是本领域技术人员急需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种抗冲击场效应晶体管，具有较高的抗冲击性；本发明的另一目的在于提供一种抗冲击低噪声放大器，具有较高的抗冲击性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种抗冲击场效应晶体管，包括场效应晶体管本体和至少一个具有饱和电流的外延层；
所述场效应晶体管本体包括第一活性层，与所述第一活性层栅极电连接的栅极电极，与所述第一活性层源极电连接的源极电极，以及与所述第一活性层漏极电连接的漏极电极；
所述外延层包括第二活性层，至少一个与所述第二活性层电连接的阳极，以及至少一个与所述第二活性层电连接的阴极；所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极中至少一个电连接有所述外延层；
所述外延层的饱和电流小于所述场效应晶体管本体的饱和电流，所述外延层的饱和电流大于所述场效应晶体管本体的工作电流。
可选的，包括至少两个所述外延层，所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极中至少两个电连接有对应的所述外延层。
可选的，包括三个所述外延层，所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极均电连接有对应的所述外延层。
可选的，所述场效应晶体管本体为高电子迁移率晶体管本体。
可选的，所述第一活性层的材质与所述第二活性层的材质相同。
可选的，所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极均与所述第一活性层直接接触，所述阳极和所述阴极均与所述第二活性层直接接触；所述外延层通过传输线与所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极中对应的电极电连接。
可选的，当所述源极电极或所述漏极电极对应有所述外延层时，所述外延层与所述第一活性层直接接触；当所述栅极电极对应有所述外延层时，所述外延层与所述栅极电极直接接触，所述栅极电极与所述第一活性层直接接触。
本发明还提供了一种抗冲击低噪声放大器，包括如上述任一项所述的抗冲击场效应晶体管。
本发明所提供的一种抗冲击场效应晶体管，包括场效应晶体管本体和至少一个具有饱和电流的外延层；场效应晶体管本体包括第一活性层，与第一活性层栅极电连接的栅极电极，与第一活性层源极电连接的源极电极，以及与第一活性层漏极电连接的漏极电极；外延层包括第二活性层，至少一个与第二活性层电连接的阳极，以及至少一个与第二活性层电连接的阴极；栅极电极，源极电极和漏极电极中至少一个电连接有外延层；外延层的饱和电流小于场效应晶体管本体的饱和电流，外延层的饱和电流大于场效应晶体管本体的工作电流。
通过设置该外延层，可以使得流经场效应晶体管本体的电流同时经过外延层。由于外延层的饱和电流小于场效应晶体管本体的饱和电流，当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层造成影响，使得该外延层可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体不会烧毁。
本发明还提供了一种抗冲击低噪声放大器，同样具有上述有益效果，在此不再进行赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1至图7为本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管的结构示意图；
图8为图1中场效应晶体管本体的结构示意图；
图9为图1中外延层的结构示意图；
图10为本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管在施加偏压下的IV曲线图；
图11至图17为本发明实施例所提供的一种具体的抗冲击场效应晶体管的结构示意图；
图18至图24为本发明实施例所提供的另一种具体的抗冲击场效应晶体管的结构示意图。
图中：1.场效应晶体管本体、10.第一活性层、11.源极电极、12.漏极电极、13.栅极电极、2.外延层、20.第二活性层、21.阳极、22.阴极、3.传输线。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种抗冲击场效应晶体管。在现有技术中，目前使用的高迁移率场效应晶体管，其功率耐受能力比较小，具体体现在电流、电压过大导致的器件烧毁，包括在大功率输入条件下的栅极烧毁、栅极肖特基结烧毁、器件外延层电流过大导致的外延层烧毁、电流过大导致的源漏欧姆接触的烧毁。
而本发明所提供的一种抗冲击场效应晶体管，包括场效应晶体管本体和至少一个具有饱和电流的外延层；场效应晶体管本体包括第一活性层，与第一活性层栅极电连接的栅极电极，与第一活性层源极电连接的源极电极，以及与第一活性层漏极电连接的漏极电极；外延层包括第二活性层，至少一个与第二活性层电连接的阳极，以及至少一个与第二活性层电连接的阴极；栅极电极，源极电极和漏极电极中至少一个电连接有外延层；外延层的饱和电流小于场效应晶体管本体的饱和电流，外延层的饱和电流大于场效应晶体管本体的工作电流。
通过设置该外延层，可以使得流经场效应晶体管本体的电流同时经过外延层。由于外延层的饱和电流小于场效应晶体管本体的饱和电流，当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层造成影响，使得该外延层可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体不会烧毁。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。
请参考图1至图10，图1至图7为本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管的结构示意图；图8为图1中场效应晶体管本体的结构示意图；图9为图1中外延层的结构示意图；图10为本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管在施加偏压下的IV曲线图。
参见图1，图2以及图3，在本发明实施例中，抗冲击场效应晶体管包括场效应晶体管本体1和至少一个具有饱和电流的外延层2；所述场效应晶体管本体1包括第一活性层10，与所述第一活性层10栅极电连接的栅极电极13，与所述第一活性层10源极电连接的源极电极11，以及与所述第一活性层10漏极电连接的漏极电极12；所述外延层2包括第二活性层20，至少一个与所述第二活性层20电连接的阳极21，以及至少一个与所述第二活性层20电连接的阴极22；所述栅极电极13，所述源极电极11和所述漏极电极12中至少一个电连接有所述外延层2；所述外延层2的饱和电流小于所述场效应晶体管本体1的饱和电流，所述外延层2的饱和电流大于所述场效应晶体管本体1的工作电流。
参见图8，上述场效应晶体管本体1即现阶段常规的场效应晶体管，该场效应晶体管本体1包括有第一活性层10，第一活性层10即场效应晶体管本体1用于产生器本身功能的半导体材料部分，有关第一活性层10的具体材质以及具体结构可以参考现有技术，在此不再进行赘述。在本发明实施例中，场效应晶体管本体1还包括与第一活性层10栅极电连接的栅极电极13，与第一活性层10源极电连接的源极电极11，以及与第一活性层10漏极电连接的漏极电极12。上述栅极电极13为场效应晶体管本体1中栅极与外界器件的接触点，相应的源极电极11为场效应晶体管本体1中源极与外界器件的接触点，漏极电极12为场效应晶体管本体1中漏极与外界器件的接触点。有关栅极电极13、源极电极11和漏极电极12的具体材质可以参考现有技术，在此不再进行赘述。
参见图9，上述外延层2需要附加在场效应晶体管本体1栅极、源极、漏极中至少一电极，以起到限制电流的作用。该外延层2包括第二活性层20，与第一活性层10相类似，第二活性层20通常为半导体材料，使得外延层2可以具有一定的饱和电流。该外延层2通常还包括至少一个与第二活性层20电连接的阳极21，以及至少一个与第二活性层20电连接的阴极22，以保证该外延层2可以与外界其他器件，以及与场效应晶体管本体1中对应的电极相互电连接。
具体的，在本发明实施例中，该第二活性层20的材质可以为Si、SiC、GaAs、InGaAs、AlAs、InP、GaInP、GaN、AlGaN、InAlN、AlN、GaxOy、金刚石等材料或者这些材料的组合。上述外延层2通常还会设置有任意数量个与第二活性层20欧姆接触或肖特基接触的电极，以便于外延层2与其他结构相互电连接。
在本发明实施例中，上述场效应晶体管本体1的栅极电极13、源极电极11、漏极电极12中至少一个电连接有该外延层2，使得场效应晶体管本体1可以与外延层2相互串联，保证流经场效应晶体管本体1的电流可以同时经过外延层2。有关外延层2与场效应晶体管本体1具体的连接关系将在下述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
在本发明实施例中，需要保证外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，通常情况下会设置成沿电流方向第二活性层20的尺寸小于第一活性层10的尺寸，以保证外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，使得外延层2可以起到对电流的限制作用。相应的，在本发明实施例中需要保证外延层2的饱和电流大于场效应晶体管本体1的工作电流，通常是控制第二活性层20的尺寸，以避免外延层2对场效应晶体管本体1正常工作造成影响。
参见图4，图5以及图6，具体的，在本发明实施例中，可以包括至少两个所述外延层2，所述栅极电极13，所述源极电极11和所述漏极电极12中至少两个电连接有对应的所述外延层2。通过设置两个外延层2分别连接栅极电极13，源极电极11和漏极电极12中的任意两个，可以进一步保护场效应晶体管本体1在使用过程中不会因为源极、栅极、漏极中的某一极受到冲击发生损坏而导致整个场效应晶体管本体1无法使用。
参见图7，具体的，在本发明实施例中，为了增加抗冲击场效应晶体管的普适性，使得抗冲击场效应晶体管可以适用于各种电流方向的电路，在本发明实施例中具体可以包括三个所述外延层2，所述栅极电极13，所述源极电极11和所述漏极电极12均电连接有对应的所述外延层2，即效应晶体管本体的任一极均串联有上述外延层2，以保护效应晶体管本体不会受到电流骤增带来的冲击。
参见图10，本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管，可以在收到大电压时，很好的限制流经效应晶体管本体的电流大小。需要说明的是，在图1中显示的输入端以及输出端均为放大器中射频信号的输入端以及输出端，本发明实施例中外延层2可以对流经场效应晶体管本体1的电流进行限制。而当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层2造成影响，而由于外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，使得该外延层2可以实现对电流的限制，保护栅金属不被烧毁；减小栅极偏压，使得场效应晶体管本体1自动被关断，保护栅极异质结不会烧毁；限制通过漏极的电流，减少场效应晶体管本体1发热，使得漏极不会烧毁；改变漏极偏置状态，使得场效应晶体管本体1不会烧毁。
具体的，在本发明实施例中，所述场效应晶体管本体1可以为高电子迁移率晶体管本体。高电子迁移率晶体管(英语：High electron mobility transistor,HEMT)也称调制掺杂场效应管，是场效应晶体管的一种，它使用两种具有不同能隙的材料形成异质结，为载流子提供沟道，而不像金属氧化物半导体场效应管那样，直接使用掺杂的半导体而不是结来形成导电沟道。高电子迁移率晶体管可以在极高频下工作，因此在移动电话、卫星电视和雷达中应用广泛。当然，在本发明实施例中对于场效应晶体管的具体种类不做具体限定，视具体情况而定。
具体的，在本发明实施例中，所述第一活性层10的材质与所述第二活性层20的材质相同。使用同一材质制备第一活性层10以及第二活性层20，可以有效降低抗冲击场效应晶体管的制备工艺以及制作成本。当然，在本发明实施例中第一活性层10以及第二活性层20的材质也可以不同，视具体情况而定，在此不做限定。
本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管，包括场效应晶体管本体1和至少一个具有饱和电流的外延层2；场效应晶体管本体1包括第一活性层10，与第一活性层10栅极电连接的栅极电极13，与第一活性层10源极电连接的源极电极11，以及与第一活性层10漏极电连接的漏极电极12；外延层2包括第二活性层20，至少一个与第二活性层20电连接的阳极21，以及至少一个与第二活性层20电连接的阴极22；栅极电极13，源极电极11和漏极电极12中至少一个电连接有外延层2；外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，外延层2的饱和电流大于场效应晶体管本体1的工作电流。
通过设置该外延层2，可以使得流经场效应晶体管本体1的电流同时经过外延层2。由于外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层2造成影响，使得该外延层2可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体1不会烧毁。
有关本发明所提供的一种抗冲击场效应晶体管的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图11至图17，图11至图17为本发明实施例所提供的一种具体的抗冲击场效应晶体管的结构示意图。
区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对抗冲击场效应晶体管的结构进行限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图11，图12以及图13，在本发明实施例中，所述栅极电极13、所述源极电极11和所述漏极电极12均与所述第一活性层10直接接触，所述阳极21和所述阴极22均与所述第二活性层20直接接触；所述外延层2通过传输线3与所述栅极电极13、所述源极电极11和所述漏极电极12中对应的电极电连接。
即在本发明实施例中，外延层2具体可以通过传输线3与场效应晶体管本体1电连接，此时上述外延层2通常需要设置在场效应晶体管本体1中对应电极相对于第一活性层10的外侧，而外延层2中设置的阴极22或阳极21，需要与场效应晶体管本体1中对应的栅极电极13或源极电极11或漏极电极12之间通过传输线3电连接，以实现场效应晶体管本体1与外延层2的电连接。
参见图14至图17，当然，在本发明实施例中对外延层2的数量并不做具体限定，具体设置一个外延层2、两个外延层2、三个外延层2均可。当设置有一个外延层2时，该外延层2中的阳极21或阴极22，可以通过传输线3与栅极电极13、源极电极11、漏极电极12中的任一个相互连接；当设置有两个外延层2时，两个外延层2中的阳极21或阴极22，可以通过传输线3与栅极电极13、源极电极11、漏极电极12中的任两个相互连接；当设置有三个外延层2时，三个外延层2中的阳极21或阴极22，可以通过传输线3与对应的栅极电极13、源极电极11或漏极电极12相互连接。需要说明的是，在将外延层2与场效应晶体管本体1连接时，需要确定场效应晶体管本体1的电流方向，从而进一步确定外延层2具体是阳极21还是阴极22与场效应晶体管本体1对应的电极相互电连接。
本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管，通过设置该外延层2，可以使得流经场效应晶体管本体1的电流同时经过外延层2。由于外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层2造成影响，使得该外延层2可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体1不会烧毁。
有关本发明所提供的一种抗冲击场效应晶体管的具体结构将在下述发明实施例中做详细介绍。
请参考图18至图24，图18至图24为本发明实施例所提供的另一种具体的抗冲击场效应晶体管的结构示意图。
区别于上述发明实施例，本发明实施例是在上述发明实施例的基础上，进一步的对抗冲击场效应晶体管的结构进行限定，其余内容已在上述发明实施例中做详细介绍，在此不再进行赘述。
参见图18至图24，在本发明实施例中，当所述源极电极11或所述漏极电极12对应有所述外延层2时，所述外延层2与所述第一活性层10直接接触；当所述栅极电极13对应有所述外延层2时，所述外延层2与所述栅极电极13直接接触，所述栅极电极13与所述第一活性层10直接接触。
即在本发明实施例中，上述外延层2具体是贴合或键合在场效应晶体管本体1表面。具体的，当外延层2需要与第一活性层10的源极或漏极电连接时，该外延层2可以与第一活性层10直接接触，即该外延层2可以贴合或键合在第一活性层10表面，通过外延层2中的阳极21或阴极22直接与第一活性层10相接触，此时对应的源极电极11或漏极电极12具体会贴合或键合在外延层2背向第一活性层10外侧的阳极21或阴极22。
而当外延层2需要与第一活性层10的栅极电连接时，该外延层2可以直接贴合或键合在栅极电极13相对于第一活性层10的外侧，通过外延层2中的阳极21或阴极22直接与栅极电极13相接触，以使外延层2与场效应晶体管本体1电连接。
本发明实施例所提供的一种抗冲击场效应晶体管，通过设置该外延层2，可以使得流经场效应晶体管本体1的电流同时经过外延层2。由于外延层2的饱和电流小于场效应晶体管本体1的饱和电流，当受到外界大功率冲击下，会先对该外延层2造成影响，使得该外延层2可以实现对电流的限制，保护场效应晶体管本体1不会烧毁。
在上述实施例的基础上，本发明实施例还提供了一种抗冲击低噪声放大器，包括如上述任一发明实施例的抗冲击场效应晶体管。
需要说明的是，本实施例中所提供的抗冲击低噪声放大器具有与上述实施例中所提供的抗冲击场效应晶体管相同的有益效果，并且对于本实施例中所涉及到的抗冲击场效应晶体管的具体介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的一种抗冲击场效应晶体管以及一种抗冲击低噪声放大器进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种抗冲击场效应晶体管，其特征在于，包括场效应晶体管本体和至少一个具有饱和电流的外延层；
所述场效应晶体管本体包括第一活性层，与所述第一活性层栅极电连接的栅极电极，与所述第一活性层源极电连接的源极电极，以及与所述第一活性层漏极电连接的漏极电极；
所述外延层包括第二活性层，至少一个与所述第二活性层电连接的阳极，以及至少一个与所述第二活性层电连接的阴极；所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极中至少一个电连接有所述外延层；
所述外延层的饱和电流小于所述场效应晶体管本体的饱和电流，所述外延层的饱和电流大于所述场效应晶体管本体的工作电流。
2.根据权利要求1所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，包括至少两个所述外延层，所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极中至少两个电连接有对应的所述外延层。
3.根据权利要求2所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，包括三个所述外延层，所述栅极电极，所述源极电极和所述漏极电极均电连接有对应的所述外延层。
4.根据权利要求1所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，所述场效应晶体管本体为高电子迁移率晶体管本体。
5.根据权利要求4所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，所述第一活性层的材质与所述第二活性层的材质相同。
6.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极均与所述第一活性层直接接触，所述阳极和所述阴极均与所述第二活性层直接接触；所述外延层通过传输线与所述栅极电极、所述源极电极和所述漏极电极中对应的电极电连接。
7.根据权利要求1至5任一项权利要求所述的抗冲击场效应晶体管，其特征在于，当所述源极电极或所述漏极电极对应有所述外延层时，所述外延层与所述第一活性层直接接触；当所述栅极电极对应有所述外延层时，所述外延层与所述栅极电极直接接触，所述栅极电极与所述第一活性层直接接触。
8.一种抗冲击低噪声放大器，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项权利要求所述的抗冲击场效应晶体管。
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