DE102020108777A1 - Field effect transistor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor mit unteren und oberen Halbleiterschichten, wobei unterhalb der oberen Halbleiterschicht mit Abstand zur oberen Halbleiterschicht eine Ladungsträgerreservoirschicht ausgebildet ist, welche im Vergleich zur Umgebung eine erhöhte Ladungsträgerdichte aufweist und dafür sorgt, dass strahlungsbedingte Schäden nur einen geringen Einfluss auf die elektrischen Charakteristika des Feldeffekttransistors haben.The invention relates to a field effect transistor with lower and upper semiconductor layers, with a charge carrier reservoir layer being formed below the upper semiconductor layer at a distance from the upper semiconductor layer, which has an increased charge carrier density compared to the surroundings and ensures that radiation-induced damage only has a small influence on the electrical characteristics of the field effect transistor.
Description
Feldeffekttransistoren werden beispielsweise für Verstärker- und Regelanwendungen eingesetzt. Dabei gibt es verschiedene Ausführungen, beispielsweise mit Metall-Halbeiter-Gate-Kontakten oder mit Metall-Isolator-Gate-Kontakten in Silizium, bei welchen eine Gatespannung die Leitfähigkeit zwischen einem Sourcekontakt und einem Drainkontakt steuert. In Verbindungshalbleitern werden solche Transistoren meist als Heterostrukturen realisiert, in welchen der leitfähige Kanal an der Heterogrenzfläche von zwei Materialien mit unterschiedlicher Bandlücke entsteht. Dort kann beispielsweise in Gruppe-III-Nitriden durch die unterschiedliche Polarisation der Materialien eine Ladungsträgeranhäufung entstehen. In Gruppe-III-Arseniden und in Phosphiden können beispielsweise durch eine Dotierung im Material mit der größeren Bandlücke Ladungsträger erzeugt werden, welche sich an der Grenzfläche ansammeln. Im idealen Fall bildet sich dort ein zweidimensionales Elektronengas aus, das eine hohe Ladungsträgermobilität aufweist und prädestiniert für Hochfrequenzanwendungen und effiziente Spannungswandler ist.Field effect transistors are used, for example, for amplifier and control applications. There are different designs, for example with metal-semiconductor gate contacts or with metal-insulator-gate contacts in silicon, in which a gate voltage controls the conductivity between a source contact and a drain contact. In compound semiconductors, such transistors are mostly implemented as heterostructures in which the conductive channel is created at the hetero interface of two materials with different band gaps. There, for example, in group III nitrides, the different polarization of the materials can lead to an accumulation of charge carriers. In group III arsenides and in phosphides, for example, by doping in the material with the larger band gap, charge carriers can be generated which accumulate at the interface. In the ideal case, a two-dimensional electron gas forms there, which has a high charge carrier mobility and is predestined for high-frequency applications and efficient voltage converters.
Insbesondere Bauelemente, welche auf Gruppe-III-Nitriden basieren, jedoch auch andere Bauelemente sind hochinteressant für Anwendungen bei hohen Temperaturen oder auch unter hohen Dosen ionisierender Strahlung, wie sie insbesondere im Weltraum vorhanden sind. Obwohl die prinzipielle Funktion dieser Bauelemente auch unter extremen Bedingungen lange erhalten bleibt, ändern sich bei hohen Dosen die Kenndaten von Transistoren. So kann beispielsweise ein Strom absinken, d.h. ein Kanalwiderstand kann sich erhöhen. Des Weiteren kann sich eine Einsatzspannung ändern, bei welcher die am Gate angelegte Spannung, je nach Ausführung des Bauelements, den Kanal öffnet oder schließt. Durch diese Änderung kann ein Schaltkreis nach langer Bestrahlung seine eigentliche Funktion verlieren oder es müssen Vorkehrungen zur Anpassung einer Steuerspannung des Gates an die veränderten Bauelementeigenschaften getroffen werden.In particular, components that are based on group III nitrides, but also other components are of great interest for applications at high temperatures or even under high doses of ionizing radiation, such as those found in space in particular. Although the basic function of these components is maintained for a long time even under extreme conditions, the characteristics of transistors change at high doses. For example, a current can drop, i.e. a channel resistance can increase. Furthermore, a threshold voltage can change at which the voltage applied to the gate, depending on the design of the component, opens or closes the channel. As a result of this change, a circuit can lose its actual function after long exposure or precautions must be taken to adapt a control voltage of the gate to the changed component properties.
Wesentlich für diese Änderung scheint bei Feldeffekttransistoren der Eintrag von Defekten im Bereich unter dem Kanal zu sein, wobei solche Defekte Ladungsträger aus der Umgebung einfangen, wodurch die Ladungsträgerdichte abnimmt und sich die Einsatzspannung verschiebt.In the case of field effect transistors, the main reason for this change seems to be the entry of defects in the area under the channel, such defects catching charge carriers from the environment, whereby the charge carrier density decreases and the threshold voltage shifts.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Feldeffekttransistor alternativ, beispielsweise mit verbesserter Strahlungsresistenz, bereitzustellen. Dies wird erfindungsgemäß durch einen Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden. Der Inhalt der Ansprüche wird durch ausdrückliche Inbezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.It is an object of the present invention to provide a field effect transistor as an alternative, for example with improved radiation resistance. This is achieved according to the invention by a field effect transistor according to claim 1. Advantageous refinements can be found in the subclaims, for example. The content of the claims is made part of the description by express reference.
Die Erfindung betrifft einen Feldeffekttransistor. Der Feldeffekttransistor weist eine untere Halbleiterschicht mit einer ersten Bandlücke auf. Der Feldeffekttransistor weist eine obere Halbleiterschicht mit einer zweiten Bandlücke auf. Die zweite Bandlücke ist unterschiedlich zur ersten Bandlücke. Die obere Halbleiterschicht ist auf der unteren Halbleiterschicht angeordnet.The invention relates to a field effect transistor. The field effect transistor has a lower semiconductor layer with a first band gap. The field effect transistor has an upper semiconductor layer with a second band gap. The second band gap is different from the first band gap. The upper semiconductor layer is arranged on the lower semiconductor layer.
Der Feldeffekttransistor weist einen Sourcekontakt auf, welcher die untere Halbleiterschicht kontaktiert. Der Feldeffekttransistor weist einen Drainkontakt auf, welcher die untere Halbleiterschicht kontaktiert. Des Weiteren weist der Feldeffekttransistor eine Gatestruktur auf, welche auf der oberen Halbleiterschicht angeordnet ist.The field effect transistor has a source contact which makes contact with the lower semiconductor layer. The field effect transistor has a drain contact which makes contact with the lower semiconductor layer. Furthermore, the field effect transistor has a gate structure which is arranged on the upper semiconductor layer.
Unterhalb der oberen Halbleiterschicht ist mit Abstand zur oberen Halbleiterschicht eine Ladungsträgerreservoirschicht ausgebildet, welche im Vergleich zur Umgebung eine erhöhte Ladungsträgerdichte aufweist.Below the upper semiconductor layer, at a distance from the upper semiconductor layer, a charge carrier reservoir layer is formed, which has an increased charge carrier density compared to the surroundings.
Mittels eines solchen Feldeffekttransistors kann die Resistenz gegen ionisierende Strahlung, welche beispielsweise im Weltraum auftritt, deutlich erhöht werden. Dies liegt daran, dass die Ladungsträgerreservoirschicht ein Reservoir an Ladungsträgern bereitstellt, welche in Defekte, die sich aufgrund von Strahlung ausbilden, übergehen und die Defekte damit neutralisieren können. Dadurch wird verhindert, dass die Defekte aufgrund eines etwaigen Einfangs von Ladungsträgern von außerhalb der Ladungsträgerreservoirschicht signifikante Wirkungen auf die elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors haben.By means of such a field effect transistor, the resistance to ionizing radiation, which occurs, for example, in space, can be significantly increased. This is due to the fact that the charge carrier reservoir layer provides a reservoir of charge carriers which transform into defects that are formed due to radiation and can thus neutralize the defects. This prevents the defects from having significant effects on the electrical properties of the field effect transistor due to a possible capture of charge carriers from outside the charge carrier reservoir layer.
Durch die Bezeichnungen „untere Halbleiterschicht“ und „obere Halbleiterschicht“ wird eine räumliche Orientierung im Feldeffekttransistor eingeführt. Dies kann beispielsweise bedeuten, dass in einer realen Anordnung die untere Halbleiterschicht tatsächlich unterhalb der oberen Halbleiterschicht angeordnet ist. Dies ist jedoch nicht zwingend. Diese Bezeichnungen dienen lediglich dazu, die räumlichen Verhältnisse im Feldeffekttransistor zu definieren und sind unabhängig davon, wie der Feldeffekttransistor relativ zur Erdoberfläche steht. Wird der Feldeffekttransistor beispielsweise gedreht, so kann sich - bezogen auf ein externes Bezugssystem wie beispielsweise die Erdoberfläche - auch die untere Halbleiterschicht oberhalb der oberen Halbleiterschicht befinden. In typischen Wachstumsprozessen wird jedoch beispielsweise die untere Halbleiterschicht zuerst gewachsen und dann wird die obere Halbleiterschicht darauf gewachsen, wobei auch dies nicht zwingend ist und auch in anderen geometrischen Orientierungen erfolgen kann.The terms “lower semiconductor layer” and “upper semiconductor layer” introduce spatial orientation in the field effect transistor. This can mean, for example, that in a real arrangement the lower semiconductor layer is actually arranged below the upper semiconductor layer. However, this is not mandatory. These designations only serve to define the spatial relationships in the field effect transistor and are independent of the position of the field effect transistor relative to the earth's surface. If the field effect transistor is rotated, for example, the lower semiconductor layer can also be located above the upper semiconductor layer, based on an external reference system such as the earth's surface, for example. In typical growth processes, however, the lower semiconductor layer, for example, is first grown and then the upper semiconductor layer is grown on it, although this is also not mandatory and can also be done in other geometrical orientations.
Durch den Unterschied zwischen den beiden erwähnten Bandlücken wird typischerweise in der unteren Halbleiterschicht ein Ladungsträgerkanal, also beispielsweise ein Elektronenkanal oder ein Löcherkanal, ausgebildet. Beispielsweise können die jeweiligen Ladungsträger ein zweidimensionales Elektronengas oder ein zweidimensionales Löchergas ausbilden. Dies kann beispielsweise auch durch eine zusätzliche Dotierung unterstützt werden, beispielsweise wie weiter unten näher beschrieben werden wird.Due to the difference between the two band gaps mentioned, a charge carrier channel, for example an electron channel or a hole channel, is typically formed in the lower semiconductor layer. For example, the respective charge carriers can form a two-dimensional electron gas or a two-dimensional hole gas. This can also be supported, for example, by additional doping, for example as will be described in more detail below.
Sourcekontakt und Drainkontakt dienen typischerweise dazu, einen elektrischen Anschluss eines in der unteren Halbleiterschicht ausgebildeten Kanals zu erreichen. Sie sind typischerweise so ausgebildet, dass sie den leitfähigen Kanal bzw. ein ausgebildetes Elektronengas oder Löchergas kontaktieren. Beispielsweise kann am Drainkontakt relativ zum Sourcekontakt eine elektrische Spannung angelegt werden, wobei mittels des Feldeffekttransistors der Stromfluss gesteuert werden kann. Hierzu kann insbesondere mittels der Gatestruktur eine Steuerspannung angelegt werden, wobei beispielsweise bei Ausbildung eines Ladungsträgerkanals im Grundzustand (was einer Ausbildung als im Grundzustand eingeschalteter Transistor entspricht, auch als „normally on“ bezeichnet) durch Verdrängung dieser Ladungsträger ein hochohmiger Zustand erreicht werden kann, wohingegen im Grundzustand eine gute Leitfähigkeit vorhanden ist. Auch die entgegengesetzte Ausführung ist jedoch möglich. Die Gatestruktur kann insbesondere einen Heteroübergang und/oder eine nicht oder schlecht elektrisch leitende Schicht wie beispielsweise ein Dielektrikum aufweisen, um eine Entkopplung von den Halbleiterschichten zu erreichen. Typischerweise ist an der Gatestruktur ein gut elektrisch leitfähiges Material ausgebildet, mittels welchem eine Gatespannung als Steuerspannung angelegt werden kann. Das erwähnte gut elektrisch leitfähige Material kann insbesondere mittels des erwähnten Heteroübergangs und/oder mittels des erwähnten Dielektrikums oder einer anderen schlecht elektrisch leitfähigen Schicht vom Rest des Feldeffekttransistors elektrisch isoliert sein. Das gut elektrisch leitfähige Material kann auch als Gatekontakt bezeichnet werden. Die Gatestruktur bzw. der Gatekontakt ist dabei typischerweise zwischen Sourcekontakt und Drainkontakt, beispielsweise lateral zwischen Sourcekontakt und Drainkontakt, ausgebildet.Source contact and drain contact typically serve to achieve an electrical connection of a channel formed in the lower semiconductor layer. They are typically designed in such a way that they contact the conductive channel or a formed electron gas or hole gas. For example, an electrical voltage can be applied to the drain contact relative to the source contact, with the current flow being able to be controlled by means of the field effect transistor. For this purpose, a control voltage can be applied in particular by means of the gate structure, whereby, for example, when a charge carrier channel is formed in the basic state (which corresponds to an embodiment as a transistor switched on in the basic state, also referred to as "normally on"), a high-resistance state can be achieved by displacing these charge carriers, whereas there is good conductivity in the ground state. However, the opposite design is also possible. The gate structure can in particular have a heterojunction and / or a non-electrically conductive or poorly electrically conductive layer such as, for example, a dielectric, in order to achieve decoupling from the semiconductor layers. Typically, a highly electrically conductive material is formed on the gate structure, by means of which a gate voltage can be applied as a control voltage. The mentioned good electrically conductive material can be electrically isolated from the rest of the field effect transistor in particular by means of the mentioned heterojunction and / or by means of the mentioned dielectric or another poorly electrically conductive layer. The material with good electrical conductivity can also be referred to as a gate contact. The gate structure or the gate contact is typically formed between the source contact and the drain contact, for example laterally between the source contact and the drain contact.
Die obere Halbleiterschicht kann beispielsweise unter der Gatestruktur bzw. einem Gatekontakt verdünnt, beispielsweise teilweise weggeätzt sein. Sie kann auch erheblich verdünnt bzw. fast ganz weggeätzt sein. Derartige Ausführungen können insbesondere für einen Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp verwendet werden.The upper semiconductor layer can, for example, be thinned under the gate structure or a gate contact, for example partially etched away. It can also be considerably thinned or almost completely etched away. Such designs can be used in particular for an enhancement type field effect transistor.
Die erhöhte Ladungsträgerdichte kann beispielsweise einen Wert von mindestens 1 x 1017 cm-3, mindestens 5 × 1017 cm-3, mindestens 1 × 1018 cm-3 oder mindestens 5 × 1018 cm-3 aufweisen. Sie kann insbesondere auch einen Wert von höchstens 5 × 1017 cm-3, höchstens 1 × 1018 cm-3, höchstens 5 × 1018 cm-3 oder höchstens 1 × 1019 cm-3 aufweisen. Als besonders bevorzugt hat sich ein Wert zwischen 5 x 1018 cm-3 und 1 x 1019 cm-3 für typische Ausführungen herausgestellt. Auch andere Werte, insbesondere mit den hier angegebenen unteren und/oder oberen Werten, können jedoch verwendet werden.The increased charge carrier density can, for example, have a value of at least 1 × 10 17 cm -3 , at least 5 × 10 17 cm -3 , at least 1 × 10 18 cm -3 or at least 5 × 10 18 cm -3 . In particular, it can also have a value of at most 5 × 10 17 cm -3 , at most 1 × 10 18 cm -3 , at most 5 × 10 18 cm -3 or at most 1 × 10 19 cm -3 . A value between 5 × 10 18 cm -3 and 1 × 10 19 cm -3 has proven to be particularly preferred for typical designs. However, other values, in particular with the lower and / or upper values specified here, can also be used.
Der Abstand der Ladungsträgerreservoirschicht zur oberen Halbleiterschicht kann beispielsweise mindestens 5 nm, mindestens 10 nm, mindestens 20 nm, mindestens 30 nm oder mindestens 40 nm betragen. Der Abstand der Ladungsträgerreservoirschicht zur oberen Halbleiterschicht kann auch höchstens 10 nm, höchstens 20 nm, höchstens 30 nm, höchstens 40 nm oder höchstens 50 nm betragen. Insbesondere kann der Abstand der Ladungsträgerreservoirschicht zur oberen Halbleiterschicht zwischen 5 nm und 50 nm betragen.The distance between the charge carrier reservoir layer and the upper semiconductor layer can be, for example, at least 5 nm, at least 10 nm, at least 20 nm, at least 30 nm or at least 40 nm. The distance between the charge carrier reservoir layer and the upper semiconductor layer can also be at most 10 nm, at most 20 nm, at most 30 nm, at most 40 nm or at most 50 nm. In particular, the distance between the charge carrier reservoir layer and the upper semiconductor layer can be between 5 nm and 50 nm.
Die Ladungsträgerreservoirschicht kann insbesondere eine Dicke von mindestens 5 nm, mindestens 10 nm, mindestens 20 nm, mindestens 30 nm oder mindestens 40 nm aufweisen. Die Ladungsträgerreservoirschicht kann auch eine Dicke von höchstens 10 nm, höchstens 20 nm, höchstens 30 nm, höchstens 40 nm oder höchstens 50 nm aufweisen. Insbesondere kann die Dicke zwischen 5 nm und 50 nm betragen.The charge carrier reservoir layer can in particular have a thickness of at least 5 nm, at least 10 nm, at least 20 nm, at least 30 nm or at least 40 nm. The charge carrier reservoir layer can also have a thickness of at most 10 nm, at most 20 nm, at most 30 nm, at most 40 nm or at most 50 nm. In particular, the thickness can be between 5 nm and 50 nm.
Grundsätzlich können alle genannten unteren Werte mit allen genannten größeren oberen Werten kombiniert werden, um geeignete Intervalle zu bilden.In principle, all of the lower values mentioned can be combined with all of the higher upper values mentioned in order to form suitable intervals.
Die eben genannten Bereiche von Abstand der Ladungsträgerreservoirschicht zur oberen Halbleiterschicht und Dicke der Ladungsträgerreservoirschicht haben sich für typische Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt.The areas just mentioned of the distance between the charge carrier reservoir layer and the upper semiconductor layer and the thickness of the charge carrier reservoir layer have proven to be advantageous for typical applications.
Die Ladungsträgerreservoirschicht kann insbesondere in der unteren Halbleiterschicht ausgebildet sein. Dies ist insbesondere bei den eben genannten Abständen und Dicken der Fall.The charge carrier reservoir layer can in particular be formed in the lower semiconductor layer. This is particularly the case with the distances and thicknesses just mentioned.
Als Abstand der Ladungsträgerreservoirschicht zur oberen Halbleiterschicht kann insbesondere ein Abstand zwischen der oberen Halbleiterschicht, welche beispielsweise durch ein unterschiedliches Material von der unteren Halbleiterschicht abgegrenzt werden kann, und einer Stelle oder Fläche, an welcher die Dotierung oder Ladungsträgerdichte der Ladungsträgerreservoirschicht einen Schwellenwert von beispielsweise 1 x 1017 cm-3 übersteigt, angesehen werden. Als Dicke der Ladungsträgerreservoirschicht kann beispielsweise ein Abstand zwischen zwei Stellen oder Flächen, an welchen ein solcher Schwellenwert von beispielsweise 1 × 1017 cm-3 erreicht wird, angesehen werden. Auch andere Definitionen sind hier jedoch grundsätzlich möglich.The distance between the charge carrier reservoir layer and the upper semiconductor layer can in particular be a distance between the upper semiconductor layer, which can for example be delimited from the lower semiconductor layer by a different material, and a point or area at which the doping or charge carrier density of the charge carrier reservoir layer exceeds a threshold value of, for example, 1 × 10 17 cm -3. The thickness of the charge carrier reservoir layer can be viewed, for example, as a distance between two points or areas at which such a threshold value of, for example, 1 × 10 17 cm -3 is reached. In principle, however, other definitions are also possible here.
Die Ladungsträgerreservoirschicht kann insbesondere durch Dotierung ausgebildet werden. Hierzu kann ein Dotierstoff eingebracht werden, welcher zu einer erhöhten Ladungsträgerdichte führt. Die Dotierung kann beispielsweise mit Silizium, Germanium, Schwefel, Selen und/oder Tellur ausgebildet sein. Derartige Dotierstoffe haben sich zur Ausbildung von typischen Ladungsträgerreservoirschichten als vorteilhaft erwiesen. Die Dotierung kann beispielsweise in die untere Halbleiterschicht eingebracht werden.The charge carrier reservoir layer can in particular be formed by doping. For this purpose, a dopant can be introduced which leads to an increased charge carrier density. The doping can be implemented with silicon, germanium, sulfur, selenium and / or tellurium, for example. Such dopants have proven to be advantageous for the formation of typical charge carrier reservoir layers. The doping can be introduced into the lower semiconductor layer, for example.
Die Ladungsträgerreservoirschicht kann alternativ oder zusätzlich auch durch einen Halbleiterheteroübergang ausgebildet sein. Auch mittels eines solchen Halbleiterheteroübergangs kann eine höhere Ladungsträgerdichte erreicht werden.The charge carrier reservoir layer can alternatively or additionally also be formed by a semiconductor heterojunction. A higher charge carrier density can also be achieved by means of such a semiconductor heterojunction.
Der Halbleiterheteroübergang kann insbesondere in einem Abstand von mindestens 20 nm, mindestens 30 nm oder mindestens 40 nm zur oberen Halbleiterschicht angeordnet sein. Er kann auch in einem Abstand von höchstens 30 nm, höchstens 40 nm oder höchstens 50 nm zur oberen Halbleiterschicht angeordnet sein. Insbesondere kann der Halbleiterheteroübergang in einem Abstand von 20 nm bis 50 nm zur oberen Halbleiterschicht angeordnet sein. Derartige Werte haben sich für typische Anwendungsfälle als vorteilhaft erwiesen.The semiconductor heterojunction can in particular be arranged at a distance of at least 20 nm, at least 30 nm or at least 40 nm from the upper semiconductor layer. It can also be arranged at a distance of at most 30 nm, at most 40 nm or at most 50 nm from the upper semiconductor layer. In particular, the semiconductor heterojunction can be arranged at a distance of 20 nm to 50 nm from the upper semiconductor layer. Such values have proven to be advantageous for typical applications.
Ein Halbleiterübergang kann insbesondere in zwei Übergänge untergliedert sein. Dabei kann beispielsweise ein Übergang der Funktionalität des Bauelements dienen, und ein weiterer Übergang kann zur Ausbildung eines Reservoirs dienen.A semiconductor junction can in particular be subdivided into two junctions. In this case, for example, a transition can serve the functionality of the component, and a further transition can serve to form a reservoir.
Gemäß einer Ausführung weist die Ladungsträgerreservoirschicht eine mit zunehmendem Abstand von der oberen Halbleiterschicht ansteigende Ladungsträgerdichte auf. Dadurch kann die Ladungsträgerdichte in der Nähe zu einem Kanal noch eher gering gehalten werden, insbesondere um eine Beeinträchtigung der Beweglichkeit von Ladungsträgern im Kanal zu vermeiden. Mit zunehmendem Abstand von der oberen Halbleiterschicht und damit auch vom Kanal wird der Einfluss einer Dotierung oder anderer Maßnahmen zur Erhöhung der Ladungsträgerdichte auf die Beweglichkeit der Ladungsträger im Kanal geringer, so dass dort mehr Ladungsträger als Reservoir ausgebildet werden können.According to one embodiment, the charge carrier reservoir layer has a charge carrier density that increases with increasing distance from the upper semiconductor layer. As a result, the charge carrier density in the vicinity of a channel can still be kept rather low, in particular in order to avoid impairment of the mobility of charge carriers in the channel. With increasing distance from the upper semiconductor layer and thus also from the channel, the influence of doping or other measures to increase the charge carrier density on the mobility of the charge carriers in the channel decreases, so that more charge carriers can be formed there as reservoirs.
Gemäß einer Ausführung weist die Ladungsträgerreservoirschicht eine delta-förmige Ladungsträgerdichte auf. Dadurch kann die Ladungsträgerdichte in einem sehr schmalen Bereich mit hoher Konzentration untergebracht werden, wodurch eine geringe Ausdehnung bzw. eine geringe Dicke erreicht werden kann.According to one embodiment, the charge carrier reservoir layer has a delta-shaped charge carrier density. As a result, the charge carrier density can be accommodated in a very narrow area with a high concentration, as a result of which a small extent or a small thickness can be achieved.
Gemäß einer Ausführung weist die Ladungsträgerreservoirschicht eine konstante Ladungsträgerdichte auf. Dadurch kann beispielsweise ein gleichmäßiges Dotierverfahren verwendet werden, was die Herstellung vereinfacht.According to one embodiment, the charge carrier reservoir layer has a constant charge carrier density. In this way, for example, a uniform doping process can be used, which simplifies production.
Gemäß einer Ausführung weist der Feldeffekttransistor ferner ein Substrat sowie zweckmäßig eine Pufferschicht zwischen Substrat und unterer Halbleiterschicht auf. Die Pufferschicht kann insbesondere hochohmiger sein als die untere Halbleiterschicht. Insbesondere kann die Pufferschicht einen spezifischen Widerstand von mehr als 107 Ωcm aufweisen. Die Pufferschicht kann beispielsweise eine elektrische Isolierung zwischen den bereits erwähnten Halbleiterschichten und einem Substrat darstellen. Das Substrat kann beispielsweise ein Wafer oder ein sonstiger Untergrund sein, auf welchem die anderen Schichten, also insbesondere die Pufferschicht und die Halbleiterschichten, gewachsen oder auf sonstige Art aufgebracht werden.According to one embodiment, the field effect transistor also has a substrate and, expediently, a buffer layer between the substrate and the lower semiconductor layer. The buffer layer can in particular have a higher resistance than the lower semiconductor layer. In particular, the buffer layer can have a specific resistance of more than 10 7 Ωcm. The buffer layer can, for example, represent electrical insulation between the semiconductor layers already mentioned and a substrate. The substrate can be, for example, a wafer or some other substrate on which the other layers, that is to say in particular the buffer layer and the semiconductor layers, are grown or applied in some other way.
Die zweite Bandlücke kann insbesondere größer sein als die erste Bandlücke. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein Kanal in der unteren Halbleiterschicht an der Grenzfläche zur oberen Halbleiterschicht ausgebildet werden.The second band gap can in particular be larger than the first band gap. As a result, a channel can advantageously be formed in the lower semiconductor layer at the interface with the upper semiconductor layer.
Beispielsweise kann bei der Verwendung von Nitriden die zweite Bandlücke um mindestens 0,3 eV, bevorzugt um mindestens 0,5 eV größer sein als die erste Bandlücke. Beispielsweise kann hierzu als obere Halbleiterschicht Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN) oder Aluminiumindiumnitrid (AlInN) verwendet werden und als untere Halbleiterschicht kann hierzu beispielsweise Galliumnitrid (GaN) verwendet werden.For example, when using nitrides, the second band gap can be at least 0.3 eV, preferably at least 0.5 eV larger than the first band gap. For example, aluminum gallium nitride (AlGaN) or aluminum indium nitride (AlInN) can be used for this as the upper semiconductor layer, and gallium nitride (GaN), for example, can be used for this as the lower semiconductor layer.
Bei Verwendung von Galliumarsenid (GaAs) und anderen III-V-Halbleitersystemen kann die zweite Bandlücke bevorzugt mindestens 0,1 eV größer sein als die erste Bandlücke.When using gallium arsenide (GaAs) and other III-V semiconductor systems, the second band gap can preferably be at least 0.1 eV larger than the first band gap.
Bevorzugt ist in der unteren Halbleiterschicht der Ladungsträgerkanal an einer Grenzfläche zur oberen Halbleiterschicht ausgebildet. Dieser Ladungsträgerkanal ist gemäß einer typischen Ausführung im Grundzustand, d.h. bereits ohne angelegte Spannungen, vorhanden, so dass der Feldeffekttransistor dann typischerweise im Grundzustand eingeschaltet ist, also leitend ist. Die Ladungsträger des Ladungsträgerkanals können dabei insbesondere Elektronen oder Löcher sein. The charge carrier channel is preferably formed in the lower semiconductor layer at an interface with the upper semiconductor layer. According to a typical embodiment, this charge carrier channel is present in the basic state, i.e. already without applied voltages, so that the field effect transistor is then typically switched on in the basic state, i.e. it is conductive. The charge carriers of the charge carrier channel can in particular be electrons or holes.
Gemäß einer Ausführung weist die Ladungsträgerreservoirschicht die gleiche Ladung wie der Ladungsträgerkanal auf. Gemäß einer hierzu alternativen Ausführung weist die Ladungsträgerreservoirschicht Ladungsträger entgegengesetzter Ladung wie der Ladungsträgerkanal auf. Die Wahl der Ladungsträger kann insbesondere dazu führen, dass Ladungsträger der entsprechenden Polarität zur Verfügung stehen und dabei bei zu erwartenden Störstellen, beispielsweise aufgrund kosmischer Strahlung, diese Störstellen neutralisieren, so dass es nicht zu einer Verschiebung der Einsatzspannung oder zumindest nur zu einer geringfügigen Verschiebung kommt.According to one embodiment, the charge carrier reservoir layer has the same charge as the charge carrier channel. According to an alternative embodiment to this, the charge carrier reservoir layer has charge carriers of opposite charge to the charge carrier channel. The choice of charge carriers can in particular result in charge carriers of the corresponding polarity being available and, in the case of expected defects, for example due to cosmic radiation, neutralizing these defects so that there is no shift in the threshold voltage or at least only a slight shift .
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist in der oberen Halbleiterschicht eine dotierte Schicht ausgebildet. Die dotierte Schicht kann beispielsweise einen Abstand von 1 nm bis 5 nm zur unteren Halbleiterschicht haben. Diese dotierte Schicht kann insbesondere zusätzliche Ladungsträger für den Ladungsträgerkanal bereitstellen und weist vorzugsweise die gleiche Polarität wie der Ladungsträgerkanal auf. Sie kann insbesondere als delta-dotierte Schicht, jedoch auch beispielsweise als räumlich dotierte Schicht ausgebildet sein.According to a preferred embodiment, a doped layer is formed in the upper semiconductor layer. The doped layer can, for example, have a distance of 1 nm to 5 nm from the lower semiconductor layer. This doped layer can in particular provide additional charge carriers for the charge carrier channel and preferably has the same polarity as the charge carrier channel. It can in particular be designed as a delta-doped layer, but also, for example, as a spatially doped layer.
Beispielsweise kann bei der Verwendung von Nitriden oder Oxiden als Halbleitermaterial die dotierte Schicht eine Dotierung von mindestens 1 × 1018 cm-3 bei räumlicher Dotierung und/oder von mindestens 5 × 1012 cm-2 bei delta-Dotierung haben. Bei Verwendung von Arseniden als Halbleitermaterial kann die dotierte Schicht insbesondere eine Dotierung von mehr als 5 × 1010 cm-2 bei delta-Dotierung haben. Derartige Werte haben sich für typische Anwendungsfälle als vorteilhaft erwiesen, da sie den Aufbau des Ladungsträgerkanals unterstützen und somit zu einer Verbesserung der elektrischen Eigenschaften des Feldeffekttransistors führen.For example, when using nitrides or oxides as semiconductor material, the doped layer can have a doping of at least 1 × 10 18 cm -3 with spatial doping and / or of at least 5 × 10 12 cm -2 with delta doping. When arsenides are used as semiconductor material, the doped layer can in particular have a doping of more than 5 × 10 10 cm −2 in the case of delta doping. Such values have proven to be advantageous for typical applications, since they support the construction of the charge carrier channel and thus lead to an improvement in the electrical properties of the field effect transistor.
Die untere Halbleiterschicht kann bevorzugt ein binäres System sein. Insbesondere kommen hierfür Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP) und Galliumoxid (Ga2O3) infrage. Derartige Materialsysteme haben sich für die Verwendung als untere Schicht als besonders vorteilhaft erwiesen. Die obere Schicht kann insbesondere ein ternäres System sein, kann jedoch auch ein binäres System sein.The lower semiconductor layer can preferably be a binary system. In particular, gallium nitride (GaN), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ) come into consideration. Such material systems have proven to be particularly advantageous for use as a lower layer. The upper layer can in particular be a ternary system, but can also be a binary system.
Bei Verwendung von Galliumnitrid (GaN) als untere Schicht kann insbesondere die obere Schicht aus dem Aluminiumgalliumindiumnitrid-System (Al(Ga,ln)N) gebildet werden.When using gallium nitride (GaN) as the lower layer, in particular the upper layer can be formed from the aluminum gallium indium nitride system (Al (Ga, In) N).
Bei Verwendung von Galliumarsenid (GaAs) als untere Schicht kann die obere Schicht insbesondere aus dem Aluminiumgallinumarsenid-System (AIGaAs) oder auch als binäres System aus reinem Aluminiumarsenid (AlAs) ausgebildet sein.When using gallium arsenide (GaAs) as the lower layer, the upper layer can in particular be made from the aluminum gallium arsenide system (AIGaAs) or as a binary system made from pure aluminum arsenide (AlAs).
Bei Verwendung von Indiumphosphid (InP) als untere Schicht kann die obere Schicht insbesondere aus dem Aluminiumgalliumindiumarsenidphosphid-System (AIGalnAsP) oder aus Aluminiumindiumarsenid (AllnAs) ausgebildet sein.When using indium phosphide (InP) as the lower layer, the upper layer can in particular be formed from the aluminum gallium indium arsenide phosphide system (AlGalnAsP) or from aluminum indium arsenide (AllnAs).
Bei Verwendung von Galliumoxid (Ga2O3) als untere Schicht kann die obere Schicht insbesondere aus Aluminiumgalliumoxid (AIGaO) oder aus Aluminiumgalliumindiumoxid (AIGalnO) ausgebildet sein.When using gallium oxide (Ga 2 O 3 ) as the lower layer, the upper layer can in particular be formed from aluminum gallium oxide (AlGaO) or from aluminum gallium indium oxide (AlGalnO).
Die genannten Materialsysteme und insbesondere die genannten Kombinationen von Materialsystemen haben sich für typische Anwendungsfälle als vorteilhaft erwiesen. Dadurch können gute elektrische Eigenschaften eines Feldeffekttransistors realisiert werden, wobei durch die Wahl des Materialsystems diese Eigenschaften an den jeweiligen Verwendungszweck angepasst werden können.The mentioned material systems and in particular the mentioned combinations of material systems have proven to be advantageous for typical applications. As a result, good electrical properties of a field effect transistor can be achieved, with these properties being able to be adapted to the respective purpose through the choice of the material system.
Eine Grenzschicht zwischen oberer Halbleiterschicht und unterer Halbleiterschicht kann insbesondere eben sein. Beispielsweise kann die Grenzschicht flach ausgebildet sein. Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau. Auch andere Ausführungen sind hier jedoch möglich.A boundary layer between the upper semiconductor layer and the lower semiconductor layer can in particular be flat. For example, the boundary layer can be designed to be flat. This enables a simple structure. However, other designs are also possible here.
Allgemein kann gesagt werden, dass ein verbessertes Transistorbauelement realisiert werden kann, bei dem sich die elektrischen Eigenschaften durch ionisierende Strahlung möglichst wenig ändern. Dies kann beispielsweise erzielt werden durch das Einbringen von Ladungsträgern in eine Schicht mit einem Abstand von beispielsweise 5 nm bis 50 nm von der Heterogrenzfläche des Bauelements, an der sich ein leitfähiger Kanal bildet, wobei die Dicke der an Ladungsträgern angereicherten Schicht beispielsweise zwischen 5 nm und 50 nm betragen kann.In general, it can be said that an improved transistor component can be realized in which the electrical properties change as little as possible due to ionizing radiation. This can be achieved, for example, by introducing charge carriers into a layer at a distance of, for example, 5 nm to 50 nm from the hetero interface of the component on which a conductive channel is formed, the thickness of the layer enriched in charge carriers being between 5 nm and Can be 50 nm.
Eine solche Schicht lässt sich auf verschiedene Arten ausführen. Beispielsweise kann sie als konstante Dotierung oder auch als gradierte Dotierung mit einer idealerweise ansteigenden Dotierung in der Tiefe ausgeführt sein, da dann eine etwaige Ladungsträgerstreuung der Ladungsträger im Kanal am besten unterdrückt werden kann. Ladungsträger lassen sich aber auch einbringen, indem beispielsweise eine weitere Heterostruktur in einem Abstand von beispielsweise 20 nm bis 50 nm zur ursprünglichen Heterogrenzfläche eingebracht wird und diese beispielsweise entweder aufgrund der Materialeigenschaften eine Ladungsträgeranhäufung an der Heterogrenzfläche erzeugt oder diese durch eine Dotierung im Heteromaterial unterhalb des Kanals erzeugt wird.Such a layer can be implemented in different ways. For example, it can be designed as constant doping or also as graded doping with ideally increasing doping in depth, since then any charge carrier scattering of the charge carriers in the channel can best be suppressed. Charge carriers can also be introduced, for example, by introducing a further heterostructure at a distance of, for example, 20 nm to 50 nm from the original hetero interface and this, for example, either generates an accumulation of charge carriers at the hetero interface due to the material properties or this through doping in the hetero material below the channel is produced.
Eine Degradierung eines Feldeffekttransistors oder sonstigen Halbleiterbauelements durch ionisierende Strahlung basiert üblicherweise darauf, dass die ionisierende Strahlung Defekte im Material erzeugt, welche als Ladungsträgersenken wirken. Dadurch ändert sich die Lage des Fermi-Niveaus und dieses wird bei höheren Strahlendosen an diversen Störstellen gepinnt. Um dem entgegenzuwirken, können Ladungsträger eingebracht werden, welche diese Störstellen kompensieren. Dadurch kann, je nach Dotierungshöhe, die Einsatzspannung des Transistors über einen weiten Dosisbereich nahezu konstant gehalten werden, da im Idealfall das Fermi-Niveau durch diese eingebrachten Ladungsträger konstant bleibt. Zwar ändert sich die initiale Einsatzspannung durch diese Vorgehensweise gegebenenfalls zu höheren Spannungen, bleibt dann jedoch über einen weiten Dosisbereich konstant, was einen zuverlässigen Betrieb des Bauelements bzw. des Feldeffekttransistors ermöglicht.Degradation of a field effect transistor or other semiconductor component by ionizing radiation is usually based on the ionizing radiation producing defects in the material which act as charge carrier sinks. As a result, the position of the Fermi level changes and this is pinned at various points of interference in the event of higher radiation doses. To counteract this, charge carriers can be introduced that compensate for these defects. As a result, depending on the doping level, the threshold voltage of the transistor can be kept almost constant over a wide dose range, since in the ideal case the Fermi level remains constant due to these charge carriers introduced. Although the initial threshold voltage may change to higher voltages as a result of this procedure, it then remains constant over a wide dose range, which enables reliable operation of the component or the field effect transistor.
Typischerweise ist bei der hier beschriebenen Ausführung nur ein kleiner Bereich nahe dem leitfähigen Kanal dotiert, und zwar mit einer deutlich höheren Konzentration. Wäre ein zu breiter Bereich dotiert, könnte dies je nach Ausführung zu einem höheren Sperrstrom bzw. einer zu hohen notwendigen Sperrspannung am Gate führen. Durch die lokale Dotierung in einem begrenzten Bereich wird eine zu starke Änderung der Einsatzspannung bei hohen Dosisleistungen unterbunden. Hier ist insbesondere eine in die Tiefe ansteigende Ladungsträgerdichte vorteilhaft, die jedoch vorzugsweise nur in einer insgesamt dünnen Schicht eingebracht wird, um die Transistorparameter, insbesondere die Einsatzspannung ohne Bestrahlung, nicht zu stark vom Wert ohne Dotierung abweichen zu lassen. Dabei liegt vorteilhaft die Konzentration dieser zusätzlich eingebrachten Ladungsträger niedriger als die der Kanalladungsträger und ist idealerweise nur so hoch, dass die zu erwartende Ladungsänderung aufgrund der Schädigung durch ionisierende Strahlung bei maximal 50 % liegt. Die hierin beschriebene Struktur ermöglicht beispielsweise bei Verwendung von Galliumnitrid(GaN)-basierten Heterostrukturen Betriebsdauern beispielsweise eines Satelliten im Van-Allen-Gürtel von mehreren Tausend Jahren ohne nennenswerte Beeinträchtigung der Schaltkreiseigenschaften. Es gibt extremere Bedingungen, insbesondere in sonnennahen Orbits, wo entsprechend hohe Strahlenschäden in kürzeren Zeiträumen auftreten. Hier ist es insbesondere vorteilhaft, wenn Gruppe-III-Nitride eingesetzt werden, da mit ihnen der Betrieb der Elektronik bei Temperaturen weit über 400 °C möglich ist. Auf diesem Material basierende Schaltkreise können also entsprechend für Langzeitmissionen und unter Extrembedingungen eingesetzt werden, wo andere Materialien wie Silizium oder Galliumarsenid (GaAs) relativ früh versagen würden. Aber auch bei letztgenannten Materialien sowie bei Gruppe-III-Oxiden kann die hierin beschriebene Dotierung zu einer deutlichen Verlängerung der Schaltkreislebensdauer führen.Typically, in the embodiment described here, only a small area near the conductive channel is doped, to be precise with a significantly higher concentration. If too broad an area were doped, this could, depending on the design, lead to a higher reverse current or an excessively high necessary reverse voltage at the gate. The local doping in a limited area prevents excessive change in the threshold voltage at high dose rates. A charge carrier density that increases in depth is particularly advantageous here, but this is preferably only introduced in an overall thin layer in order not to allow the transistor parameters, in particular the threshold voltage without irradiation, to deviate too much from the value without doping. The concentration of these additionally introduced charge carriers is advantageously lower than that of the channel charge carriers and is ideally only so high that the expected change in charge due to the damage caused by ionizing radiation is a maximum of 50%. When using gallium nitride (GaN) -based heterostructures, for example, the structure described herein enables operating times, for example of a satellite in the Van Allen Belt, of several thousand years without significant impairment of the circuit properties. There are more extreme conditions, especially in orbits near the Sun, where correspondingly high radiation damage occurs over shorter periods of time. It is particularly advantageous here if group III nitrides are used, since they can be used to operate the electronics at temperatures well above 400 ° C. Circuits based on this material can therefore be used for long-term missions and under extreme conditions where other materials such as silicon or gallium arsenide (GaAs) would fail relatively early. But even with the latter materials and with group III oxides, the doping described here can lead to a significant increase in the circuit life.
Besonders geeignet sind Halbleiter mit hoher Bindungsenergie, dies sind insbesondere Siliziumkarbid (SiC) und Diamant (C) bzw. Schichten enthaltend mindestens zwei der Elemente Silizium (Si), Germanium (Ge) oder Kohlenstoff (C) in einer Schicht oder von Gruppe-III-Nitriden oder von Gruppe-III-Oxiden. Insbesondere haben sich die Gruppe-III-Nitride, also binäre, ternäre und quaternäre Verbindungen, im System Aluminiumgalliumindiumnitrid (AlGalnN) in letzter Zeit in dieser Beziehung sehr bewährt und es deuten sich extreme Bauelementlebensdauern an, die einen jahrzehntelangen Einsatz im Weltraum ermöglichen. Ähnliches ist von den Gruppe-III-Oxiden wie Galliumoxid (Ga2O3), Aluminiumoxid (Al2O3) und Indiumoxid (In2O3) sowie deren Mischkristallen zu erwarten.Semiconductors with high binding energy are particularly suitable, in particular silicon carbide (SiC) and diamond (C) or layers containing at least two of the elements silicon (Si), germanium (Ge) or carbon (C) in one layer or from group III Nitrides or group III oxides. In particular, the group III nitrides, i.e. binary, ternary and quaternary compounds, in the aluminum gallium indium nitride (AlGalnN) system have recently proven themselves very well in this regard and there are signs of extreme component lifetimes that allow decades of use in space. The same can be expected from group III oxides such as gallium oxide (Ga 2 O 3 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and indium oxide (In 2 O 3 ) and their mixed crystals.
Nochmal anders ausgedrückt kann beispielsweise bei einem Feldeffekttransistor mit einem durch einen Gatekontakt steuerbaren leitfähigen Kanal an einer Heterogrenzfläche ein Einbringen von Ladungsträgern erfolgen, beispielsweise in einem Abstand von 5 nm bis 50 nm unterhalb der den leitfähigen Kanal ausbildenden Heterogrenzfläche. Das Einbringen von Ladungsträgern kann insbesondere mittels eines Dotanden erfolgen. Es kann auch durch eine ladungsträgererzeugende Heterostruktur erfolgen. Das Material der Bauelementschichten kann insbesondere mindestens zwei der Elemente Silizium, Germanium oder Kohlenstoff in einer Schicht oder von Gruppe-III-Nitriden oder von Gruppe-III-Oxiden enthalten.To put it another way, for example, in a field effect transistor with a conductive channel controllable by a gate contact at a hetero interface, charge carriers can be introduced, for example at a distance of 5 nm to 50 nm below the hetero interface forming the conductive channel. The introduction of charge carriers can in particular take place by means of a dopant. It can also take place through a charge carrier-generating heterostructure. The material of the component layers can in particular contain at least two of the elements silicon, germanium or carbon in one layer or of group III nitrides or group III oxides.
Weitere Merkmale und Vorteile wird der Fachmann den nachfolgend mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen entnehmen. Dabei zeigen:
-
1 : einen Feldeffekttransistor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
2 : einen Feldeffekttransistor gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, und -
3 : einen zum Feldeffekttransistor der2 zugehörigen Verlauf von Energiebändern.
-
1 : a field effect transistor according to a first embodiment, -
2 : a field effect transistor according to a second embodiment, and -
3 : one to the field effect transistor of the2 associated course of energy bands.
Die in den
Unmittelbar auf der unteren Halbleiterschicht
Zwischen der unteren Halbleiterschicht
Über der oberen Halbleiterschicht
In der unteren Halbleiterschicht
Wird der Feldeffekttransistor
Aufgrund des Vorhandenseins der Ladungsträgerreservoirschicht
Das gezeigte Materialsystem sowie die zugehörigen Bänder, nämlich Leitungsband Ec und Valenzband Ev, sowie die Fermienergie EF, sind in
Aufgrund der wesentlich größeren Nähe des Leitungsbands Ec zur Fermienergie EF in der Ladungsträgerreservoirschicht
Es sei erwähnt, dass bei Ausbildung der Ladungsträgerreservoirschicht
Bei beiden gezeigten Ausführungsbeispielen kann auch eine untere Ladungsträgeranhäufung aus dem entgegengesetzten Ladungsträgertyp gebildet werden, die für eine Verarmung des Bauelements ohne angelegte Spannung sorgt, also einen Anreicherungstyp-Transistor bewirkt. Vorzugsweise ist eine hierfür verwendete Dotierung tendenziell weiter vom Kanal
Als alternative Ausführung kann zur Entkopplung eine Schicht, beispielsweise mit einer Dicke zwischen 5 nm und 100 nm, mit einer größeren Bandlücke zwischen Dotierung und Kanal als Barriere verwendet werden. Dadurch kann beispielsweise der Mindestabstand mit dazwischenliegender Barriereschicht auf 20 nm verringert werden. As an alternative embodiment, a layer, for example with a thickness between 5 nm and 100 nm, with a larger band gap between doping and channel can be used as a barrier for decoupling. In this way, for example, the minimum distance with the barrier layer in between can be reduced to 20 nm.
Vorzugsweise ist die Dotierung so gewählt, dass sie die entstehenden Strahlungsschäden kompensiert. Hierzu kann insbesondere bei der hauptsächlichen Ausbildung von tiefen Donatoren eine Löcherdotierung verwendet werden, und/oder bei der hauptsächlichen Ausbildung von tiefen Akzeptoren kann eine Elektronendotierung verwendet werden.The doping is preferably selected in such a way that it compensates for the radiation damage that occurs. For this purpose, hole doping can be used in particular for the main formation of deep donors, and / or electron doping can be used in the main formation of deep acceptors.
Als Deckschicht
Insbesondere können die hierin offenbarten Ausführungen auf alle lateralen Transistorbauelemente angewandt werden, bei denen eine Schichtenfolge auf einem Substrat gewachsen wird und bei der der Stromfluss zumindest zum größten Teil parallel zur Oberfläche verläuft. Ionisierende Strahlung beinhaltet insbesondere Alpha-, Beta- und Gammastrahlung, sowie alle hochenergetischen Teilchen wie Elementarteilchen und schwerere Atome bzw. Ionen, die in Materie eindringen können und lokal Kristalldefekte verursachen oder sich als Fremdatome einlagern. Mit den hierin vorgestellten Mechanismen und insbesondere den eben beschriebenen Ausführungsbeispielen kann vorgebeugt werden, dass sich derartige Beschädigungen auf die elektrischen Charakteristika des Transistors auswirken.In particular, the embodiments disclosed herein can be applied to all lateral transistor components in which a layer sequence is grown on a substrate and in which the current flow runs at least for the most part parallel to the surface. Ionizing radiation includes in particular alpha, beta and gamma radiation, as well as all high-energy particles such as elementary particles and heavier atoms or ions that can penetrate matter and cause local crystal defects or become embedded as foreign atoms. With the mechanisms presented here and in particular the exemplary embodiments just described, it is possible to prevent such damage from affecting the electrical characteristics of the transistor.
Es sei darauf hingewiesen, dass in den Ansprüchen und in der Beschreibung Merkmale in Kombination beschrieben sein können, beispielsweise um das Verständnis zu erleichtern, obwohl diese auch separat voneinander verwendet werden können. Der Fachmann erkennt, dass solche Merkmale auch unabhängig voneinander mit anderen Merkmalen oder Merkmalskombinationen kombiniert werden können.It should be pointed out that features can be described in combination in the claims and in the description, for example to facilitate understanding, although these can also be used separately from one another. The person skilled in the art recognizes that such features can also be combined with other features or combinations of features independently of one another.
Rückbezüge in Unteransprüchen können bevorzugte Kombinationen der jeweiligen Merkmale kennzeichnen, schließen jedoch andere Merkmalskombinationen nicht aus.References back in subclaims can identify preferred combinations of the respective features, but do not exclude other combinations of features.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 10:10:
- FeldeffekttransistorField effect transistor
- 100:100:
- SubstratSubstrate
- 101:101:
- PufferschichtBuffer layer
- 102:102:
- untere Halbleiterschichtlower semiconductor layer
- 103:103:
- obere Halbleiterschichtupper semiconductor layer
- 104:104:
- LadungsträgerkanalLoad carrier channel
- 105:105:
- zusätzliche dotierte Schichtadditional doped layer
- 106:106:
- DeckschichtTop layer
- 107:107:
- SourcekontaktSource contact
- 108:108:
- DrainkontaktDrain contact
- 109:109:
- GatekontaktGate contact
- 110:110:
- LadungsträgerreservoirschichtCharge carrier reservoir layer
- 111:111:
- GrenzflächeInterface
- 112:112:
- LadungsträgerreservoirschichtCharge carrier reservoir layer
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