CN113257908A - 一种氮化物器件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化物器件,包括基板，由绝缘材料制成，所述绝缘材料具有由过孔电气连接的多个金属中间层；过孔，将所述基板从所述底面贯通至所述上表面；氮化物芯片，位于所述基板的所述上表面一侧，并所述氮化物芯片由所述的氮化物缓冲层、氮化物沟道层、氮化物插入层、氮化物势垒层、源极、漏极、栅介质层和栅极组成；过孔引出金属，设置在从所述基板的所述底面贯穿至所述上表面的过孔中；绝缘介质层，位于所述基板和所述氮化物芯片之间。本发明的优点在于：通过优化器件设计结构，有效抑制氮化物器件的电流崩塌。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种氮化物器件。
背景技术
电能是人类日常生活和社会经济发展的重要能源，电力电子器件是电能控制和转换的核心元器件。电力电子器件属于半导体器件技术领域，自从二十世纪中期发展至今，以Si为基础材料，其经历了晶闸管(GTO：Gate Turn-off Thyristor)、双极型晶体管(BJT：Bipolar Junction Transistor)、场效应晶体管(FET：Field Effect Transistor)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor)等发展时代，它们的出现都是电力电子技术的革命。但由于Si材料自身的局限性，以Si材料为基础的器件，已经无法满足电力电子系统应用中对高频率、高耐压、抗辐射、高效率、高功率密度和耐高温等方面的需要。
III-V族氮化物材料具有禁带宽度宽、更高的临界击穿场强、热导率性能好和抗辐射能力强等优点，更适用于目前电力电子系统应用的要求。
基于氮化物材料的物理和器件技术经过近些年的发展，未来必将替代Si基材料器件，占据电力系统核心器件的主导地位。目前，宽禁带的氮化物器件但仍有些问题需要深入探究，最主要的问题是电流崩塌问题。经过研究，氮化物缓冲层内部陷阱是引起电流崩塌的重要因素之一。因此，隔断氮化物缓冲层内部陷阱的电子输运通道是解决氮化物器件电流崩塌的方法之一。
发明内容
本发明的主要目的在于提出一种氮化物器件，可以有效抑制氮化物器件的电流崩塌。
为实现上述目的，本发明采用的一个技术方案是：提供一种氮化物器件，包括：基板，由绝缘材料制成，所述绝缘材料具有由过孔电气连接的多个金属中间层；过孔，将所述基板从所述底面贯通至所述上表面；氮化物芯片，位于所述基板的所述上表面一侧，并所述氮化物芯片由所述的氮化物缓冲层、氮化物沟道层、氮化物插入层、氮化物势垒层、漏极、源极、栅介质和栅极组成；过孔引出金属，位于所述基板和所述氮化物芯片之间。
优选地，所述基板采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。
优选地，所述多个金属中间层包括第一金属中间层、第二金属中间层、第三金属中间层和第四金属中间层，第一金属中间层将所述氮化物芯片的所述漏极和所述基板电气连接，第二金属中间层将所述氮化物芯片的所述源极和所述基板电气连接，第三金属中间层通过所述过孔引出金属电气连接至第一金属中间层，第四金属中间层通过所述过孔引出金属电气连接至第二金属中间层。
优选地，所述漏极、源极和所述氮化物势垒层形成合金欧姆接触。
优选地，所述绝缘介质层采用的材料为SiO2或Si3N4中的至少一种。
优选地，所述栅介质采用的材料为Si3N4、SiCN、SiON、HfO2、Al2O3中的至少一种或几种。
优选地，所述栅介质的横截面为U型，所述栅介质部分贯穿氮化物缓冲层，且所述栅介质的底部至少部分嵌入氮化物沟道层中。
本发明的有益效果为，该氮化物器件通过优化器件设计结构，有效抑制氮化物器件的电流崩塌。
附图说明
图1是本发明提供的一种氮化物器件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，详细说明本发明的技术方案。
本发明提供的一种氮化物器件的结构示意图，如图1所示，包括基板1、过孔引出金属2、第一金属中间层3、第二金属中间层4、第三金属中间层5、第四金属中间层6、绝缘介质层7、漏极8、源极9、氮化物势垒层10、氮化物插入层11、氮化物沟道层12、氮化物缓冲层13、栅介质14和栅极15。
其中，基板1由绝缘材料制成，且其具有由过孔电气连接的多个金属中间层。过孔将基板1从底面贯通至上表面。氮化物芯片被设置在基板1的上表面一侧，且其由氮化物缓冲层13、氮化物沟道层12、氮化物插入层11、氮化物势垒层10、漏极8、源极9、栅介质14和栅极15组成。过孔引出金属2位于基板1和氮化物芯片之间。
此外，基板1采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。多个金属中间层包括第一金属中间层3、第二金属中间层4、第三金属中间层5和第四金属中间层6，第一金属中间层3将氮化物芯片的漏极8和基板1电气连接，第二金属中间层4将氮化物芯片的源极9和基板1电气连接，第三金属中间层5通过过孔引出金属2电气连接至第一金属中间层3，第四金属中间层5通过过孔引出金属2电气连接至第二金属中间层4。漏极8、源极9和氮化物势垒层10形成合金欧姆接触。绝缘介质层7采用的材料为SiO2或Si3N4中的至少一种。栅介质14采用的材料为Si3N4、SiCN、SiON、HfO2、Al2O3中的至少一种或几种。栅介质14的横截面为U型，栅介质14部分贯穿氮化物缓冲层13，且栅介质14的底部至少部分嵌入氮化物沟道层12中。
此外，氮化物势垒层10与氮化物插入层11会形成异质结界面，在该异质结的界面产生二维电子气(two dimension electron gas,简称为2DEG)，2DEG是导电载体，如图1中虚线所示。
本发明实施例的一种氮化物器件通过优化器件设计结构，有效抑制氮化物器件的电流崩塌。
以上针对本发明的优选实施方式进行了详细描述，基于本发明中的实施例和发明思想进行的各种变化形式均在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种氮化物器件，其特征在于，包括：
基板，由绝缘材料制成，所述绝缘材料具有由过孔电气连接的多个金属中间层；
过孔，将所述基板从所述底面贯通至所述上表面；
氮化物芯片，位于所述基板的所述上表面一侧，并所述氮化物芯片由所述的氮化物缓冲层、氮化物沟道层、氮化物插入层、氮化物势垒层、漏极、源极、栅介质和栅极组成；
过孔引出金属，设置在从所述基板的所述底面贯穿至所述上表面的过孔中；
绝缘介质层，位于所述基板和所述氮化物芯片之间。
2.根据权利要求1所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述基板采用的材料为Si3N4、HfO2、AlN、Ga2O3、Al2O3或金刚石。
3.根据权利要求1所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述金属中间层包括：第一金属中间层，将所述氮化物芯片的所述漏极和所述基板电气连接；以及第二金属中间层，将所述氮化物芯片的所述源极和所述基板电气连接；以及所述第一金属中间层通过所述过孔引出金属电气连接至的第三金属中间层；以及所述第二金属中间层通过所述过孔引出金属电气连接至的第四金属中间层。
4.根据权利要求1所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述源极、漏极和所述氮化物势垒层形成合金欧姆接触。
5.根据权利要求1所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述绝缘介质层采用的材料为SiO2或Si3N4中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述栅介质层采用的材料为Si3N4、SiCN、SiON、HfO2或Al2O3中的一种或几种。
7.根据权利要求1或6所述的一种氮化物器件，其特征在于，所述栅介质的横截面为U型，所述栅介质部分贯穿氮化物缓冲层，且所述栅介质的底部至少部分嵌入氮化物沟道层中。
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