CN206271711U - 一种抗辐照hemt器件 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种全新的抗辐照的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件。常规的HEMT微波射频器件经过中子辐射照射后，不仅造成GaN HEMT晶格结构轻微变形,而且引入了带电的缺陷中心，从而使器件肖特基特性退化明显；而本实用新型中提出的这种全新的抗辐照的HEMT器件，采用高位移阀能的介质，锆钛酸铅（PZT）做钝化，可以有效地抑制中子辐照感生表面态电荷,从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响，这也证明本实用新型中的HEMT器件很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种抗辐照的GaN/AlN/GaN HEMT器件，属于半导体技术领域。
背景技术
由于具有优越的抗辐射和出色的微波功率、高温、高压等特性, AlGaN/GaN HEMT(高电子迁移率晶体管) 器件在卫星、太空探测、核反应堆等辐射环境中具有巨大的应用前景。 作为宽禁带半导体, GaN 材料原子键能很强, 其中 GaN 中 Ga 原子的位移阈能20.5 eV 要远高于 GaAs 中的 9.8 eV。然而, 虽然理论上 AlGaN/GaN HEMT 器件的抗辐射特性很强, 但是由于受到目前材料质量、器件工艺水平等因素的影响以及 AlGaN/GaNHEMT器件在结构、载流子产生和输运机制等方面与其他半导体器件存在很大的差异, 使得辐射引起HEMT 器件的退化规律和退化机制变得非常复杂, 需要开展深入研究. 因此近几年 GaN基器件在 γ 射线、电子、质子和中子等辐射下的特性退化研究开始受到广泛关注。人们研究了射线辐照对 HEMT 器件性能的影响, 发现辐照感生表面态电荷的产生是造成AlGaN/GaN HEMT器件的电特性退化的主要原因之一。
中子是核辐射环境中造成半导体器件退化的主要辐射粒子，感生的位移缺陷会显著影响二维电子气和迁移率的乘积， 也是目前半导体器件辐照位移损伤中最主要的粒子之一。中子轰击晶格过程中不仅晶格结构轻微变形, 而且引入了带电的缺陷中心，尤其在空间辐照环境中，带电缺陷中心的产生会导致星载电子设备工作异常和器件的失效,严重影响航天器的可靠性和寿命。
常规的GaN HEMT微波射频器件经过中子辐射照射后，不仅造成GaN HEMT晶格结构轻微变形, 而且引入了带电的缺陷中心，从而使器件肖特基特性退化明显；而本实用新型中提出的这种全新的抗中子辐照的GaN/AlN/GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT)器件，采用具有高位移阀能的介质，锆钛酸铅（PZT）做钝化层可以有效地抑制中子辐照感生表面态电荷, 从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响，这也证明本实用新型中的HEMT 器件很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用。因此，该实用新型具备良好的应用前景，可进一步推动下一代GaN HEMT器件在空间宇航等领域的应用，具有明显的创新性和研究价值。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是提出一种抗中子辐照的GaN/AlN/GaN 高电子迁移率晶体管 (HEMT)器件，采用具有高位移阀能的介质，锆钛酸铅（PZT）做钝化层来有效地抑制中子辐照感生表面态电荷, 从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：一种抗辐照HEMT器件，其特征在于：由下至上分别为衬底、SiN/AlN成核层、GaN缓冲层、AlN/GaN空间隔离层、GaN沟道层、AlN势垒层和GaN盖帽层，所述盖帽层中间开槽设置锆钛酸铅钝化层，钝化层上方设置栅电极；所述盖帽层表面两侧分别设置源电极和漏电极。
优选地，所述SiN/AlN成核层为不掺杂层，厚度为400~800nm，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。
优选地，所述GaN缓冲层为镁（Mg）掺杂层，可以用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，其厚度为1um~2um。
优选地，所述空间隔离层为GaN缓冲层结构中插入的一层束缚层，主要用来对缓冲层的应力进行调节，避免晶格弛豫。
优选地，所述势垒层厚度为1.5nm，用于和栅极金属形成肖特基接触。
优选地，所述盖帽层为不参杂盖帽层，厚度为1nm～3nm。
优选地，所述钝化层用于保护器件免受中子辐射影响。
区别于现有技术：
1、本实用新型提供的这种GaN抗辐照的GaN/AlN/GaN 高电子迁移率晶体管(HEMT)器件，采用高位移阀能的介质，锆钛酸铅（PZT）做钝化，可以有效地抑制中子辐照感生表面态电荷, 从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响。
2、本实用新型中的HEMT 器件很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用。
3、该实用新型具备良好的应用前景，可进一步推动下一代GaN HEMT器件在空间宇航等领域的应用，具有明显的创新性和研究价值。
附图说明
图1是本实用新型抗辐射HEMT器件的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
参见图1提供的一种抗辐射HEMT器件，其特征在于，包括由下至上分别为衬底1、SiN/AlN成核层2、GaN缓冲层3、AlN/GaN空间隔离层4、GaN沟道层5、AlN势垒层6和GaN盖帽层7，所述盖帽层中间开槽设置锆钛酸铅钝化层9，钝化层上方设置栅电极12；所述盖帽层表面两侧分别设置源电极10和漏电极11。
其中，所述衬底主要为（111）晶面的Si衬底，包含但不限于Si、SiC、GaN、蓝宝石、Diamond，主要作用为支撑材料。
所述成核层主要采用SiN/AlN结构，不掺杂，厚度400~800nm，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。
所述缓冲层为Si衬底到GaN沟道之间的缓冲层，厚度为1um~2um，主要采用Mg掺杂，可用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力。
所述空间隔离层为GaN缓冲层结构中插入的一层束缚层，主要用来对缓冲层的应力进行调节，避免晶格弛豫。
所述GaN沟道层采用MOCVD生长，用于低场下为二维电子气提供导电沟道。
所述AlN势垒层采用MOCVD方法生长，厚度为1.5nm，用于和栅金属形成肖特基接触。
所述盖帽层为不掺杂盖帽层GaN，厚度为1nm~3nm，采用MOCVD在势垒层AlN上生长Si衬底到GaN沟道之间的缓冲层, 主要采用GaN。
通过上述方式，本实用新型采用具有高位移阀能的介质，锆钛酸铅（PZT）做钝化层来有效地抑制中子辐照感生表面态电荷, 从而屏蔽了绝大部分的中子辐照影响，很适合在太空等需要抗位移损伤的环境中应用。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种抗辐照HEMT器件，其特征在于：由下至上分别为衬底、SiN/AlN成核层、GaN缓冲层、AlN/GaN空间隔离层、GaN沟道层、AlN势垒层和GaN盖帽层，所述盖帽层中间开槽设置锆钛酸铅钝化层，钝化层上方设置栅电极；所述盖帽层表面两侧分别设置源电极和漏电极。
2.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述SiN/AlN成核层为不掺杂层，厚度为400~800nm，用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，避免产生晶格驰豫。
3.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述GaN缓冲层为镁（Mg）掺杂层，可以用于吸收Si衬底与后续外延层之间因为晶格失配产生的应力，其厚度为1um~2um。
4.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述空间隔离层为GaN缓冲层结构中插入的一层束缚层，主要用来对缓冲层的应力进行调节，避免晶格弛豫。
5.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述势垒层厚度为1.5nm，用于和栅极金属形成肖特基接触。
6.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述盖帽层为不参杂盖帽层，厚度为1nm～3nm。
7.根据权利要求1所述的抗辐照HEMT器件，其特征在于：所述钝化层用于保护器件免受中子辐射影响。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201621425316.6U CN206271711U (zh) | 2016-12-23 | 2016-12-23 | 一种抗辐照hemt器件 |
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN206271711U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108362965A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于位移损伤抑制氧化物俘获电荷形成的方法 |
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2016
- 2016-12-23 CN CN201621425316.6U patent/CN206271711U/zh active Active
Cited By (2)
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| CN108362965A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-08-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于位移损伤抑制氧化物俘获电荷形成的方法 |
| CN108362965B (zh) * | 2018-02-09 | 2020-06-09 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于位移损伤抑制氧化物俘获电荷形成的方法 |
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