DE112016007367T5 - Verbundhalbleitervorrichtung - Google Patents
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Abstract
Eine Halbleiterschicht (2, 3) ist auf einem Substrat (1) vorgesehen. Eine Gateelektrode (4), eine Sourceelektrode (5) und eine Drainelektrode (6) sind auf der Halbleiterschicht (3) vorgesehen. Ein Material (12) mit einem stark korrelierten Elektronensystem ist zwischen die Gateelektrode (4) und die Sourceelektrode (5) geschaltet.
Description
- Gebiet
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbundhalbleitervorrichtung, die selbst in einem harten Umfeld, in dem die Verbundhalbleitervorrichtung hochenergetischen Teilchen ausgesetzt ist, kaum bzw. schwerlich zerstört und verschlechtert wird.
- Hintergrund
- Eine Verbundhalbleitervorrichtung wird als ein Feldeffekttransistor wie etwa ein MES-FET oder ein HEMT (siehe zum Beispiel PTL1 bis PTL3) verwendet. Es gibt einen Fall, in dem eine Vorrichtung einem harten Umfeld ausgesetzt ist, in dem hochenergetische Teilchen darauf auftreffen, durch einen Passivierungsfilm, eine Sourcefeldplatte und einen aktiven Bereich der Vorrichtung durchgehen und ein Substrat erreichen. Zu dieser Zeit wird eine große Menge Elektron-Loch-Paare um eine Trajektorie herum erzeugt, über welche die hochenergetischen Teilchen gelangt sind, und gemäß der Mobilität eines Materials, einer Rekombinationsgeschwindigkeit und einer angelegten Spannung diffundiert oder rekombiniert.
- Zitatliste
- Patentliteratur
-
- [PTL 1]
JP 2006-253654 A - [PTL 2]
JP 2010-67693 A - [PTL 3]
JP 2011-243632 A - Zusammenfassung
- Technisches Problem
- Ein hohes elektrisches Feld wird zwischen einem Endabschnitt auf einer Drainelektrodenseite einer Sourcefeldplatte und einer AlGaN-Kanalschicht angelegt. Wenn auf einen Einfall hochenergetischer Teilchen hin im Passivierungsfilm eine große Menge Elektron-Loch-Paare erzeugt wird, wird bei diesem Abschnitt ein Leitungspfad ausgebildet, was einen Durchschlag bzw. eine Zerstörung zur Folge hat. Oder es bestand ein Problem, dass die Konzentration von Löchern in der Nähe der Oberfläche eines Halbleiters im Prozess einer Diffusion und Rekombination von im Halbleiter erzeugten Elektron-Loch-Paaren zunimmt, was eine Zunahme des Potentials oder eine Erhöhung eines Lochstroms bewirkt, was eine Zerstörung zur Folge hat oder eine Verschlechterung erleichtert. Desgleichen bestand ein Problem, dass ein hohes elektrisches Feld zwischen einem Endabschnitt auf einer Drainelektrodenseite einer Gateelektrode und der AlGaN-Kanalschicht angelegt wird, was eine Zerstörung oder eine Verschlechterung erleichtert.
- Zudem gab es einen Fall, in dem, um Hochfrequenzeigenschaften zu verbessern, ein SiN-Kondensator zwischen eine Gateelektrode und eine Sourceelektrode geschaltet ist. Es war jedoch unmöglich, die Ladungen von in einem Halbleiter erzeugten Elektron-Loch-Paaren über den SiN-Kondensator zu entfernen, da SiN ein Isolator ist.
- Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, und hat eine Aufgabe, eine Verbundhalbleitervorrichtung zu erhalten, die selbst in einem harten Umfeld, in dem die Verbundhalbleitervorrichtung hochenergetischen Teilchen ausgesetzt ist, schwerlich zerstört und verschlechtert wird.
- Lösung für das Problem
- Eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: ein Substrat; eine Halbleiterschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist; eine Gateelektrode; eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode, die auf der Halbleiterschicht vorgesehen sind; und ein Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem, das zwischen die Gateelektrode und die Sourceelektrode geschaltet ist.
- Vorteilhafte Effekte der Erfindung
- In der vorliegenden Erfindung erfasst, wenn Elektron-Loch-Paare in der Vorrichtung erzeugt werden, das mit der Gateelektrode verbundene Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem eine Potentialfluktuation in der Vorrichtung und macht in kurzer Zeit einen Phasenübergang von einem Isolator zu einem Leiter durch. Die in der Vorrichtung erzeugten Elektron-Loch-Paare gelangen durch das Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem, das in ein leitfähiges Material geändert wurde, und fließen zur Masse, so dass die Schädigung an der Vorrichtung reduziert werden kann. Daher wird die Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung selbst in einem harten Umfeld, in dem die Verbundhalbleitervorrichtung hochenergetischen Teilchen ausgesetzt ist, schwerlich zerstört und verschlechtert.
- Figurenliste
-
-
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
2 ist eine Draufsicht, die die Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
3 ist ein Schaltungsdiagramm der Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
4 ist eine Querschnittsansicht, die das Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. -
5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Beschreibung von Ausführungsformen
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Komponenten sind durch die gleichen Symbole bezeichnet, und deren wiederholte Beschreibung wird unterlassen.
- Erste Ausführungsform
-
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine GaN-Pufferschicht2 ist auf einem SiC-Substrat1 ausgebildet. Auf der GaN-Pufferschicht 2 ist eine AlGaN-Kanalschicht3 ausgebildet. Eine Gateelektrode4 , eine Sourceelektrode5 und eine Drainelektrode6 sind auf der AlGaN-Kanalschicht3 ausgebildet. - Ein erster Passivierungsfilm
7 bedeckt die Gateelektrode4 und die AIGaN-Kanalschicht 3. Eine Sourcefeldplatte9 ist auf dem ersten Passivierungsfilm7 ausgebildet und erstreckt sich von der Sourceelektrode5 zu einem Raum zwischen der Gateelektrode4 und der Drainelektrode6 . Die Sourcefeldplatte9 entspannt das elektrische Feld zwischen der Gateelektrode4 und der Drainelektrode6 , ermöglicht einen Hochspannungsbetrieb und reduziert ferner eine parasitäre Kapazität, wodurch Hochfrequenzeigenschaften verbessert werden. Um die gesamte Vorrichtung zu schützen, bedeckt ein zweiter Passivierungsfilm10 den ersten Passivierungsfilm7 und die Sourcefeldplatte9 . - Wenn eine Spannung zwischen der Sourceelektrode
5 und der Drainelektrode6 angelegt und eine hohe Frequenz in die Gateelektrode4 eingespeist wird, während eine gewünschte Vorspannung an die Gateelektrode4 angelegt wird, bewegen sich Elektronen in einem zweidimensionalen Elektronengas11 mit einer hohen Geschwindigkeit, wodurch die Verbundhalbleitervorrichtung wie ein Verstärker arbeitet, der imstande ist, eine verstärkte Hochfrequenzleistung von der Drainelektrode6 zu erhalten. -
2 ist eine Draufsicht, die die Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.3 ist ein Schaltungsdiagramm der Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem ist zwischen die Gateelektrode4 und die Sourceelektrode5 geschaltet. Die Sourceelektrode5 ist mit der Masse verbunden. - Repräsentative Beispiele des Materials
12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem sind VO2, SrTiO3, LaVO3, SrO usw., und viele Materialien, die eine starke Korrelation zeigen, wie etwa ein Kupferoxid-Typ, Fe-Typ, Mn-Typ und superleitender Typ, wurden berichtet. Das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem ist ein MOTT-Isolator, der Isolationseigenschaften zeigt, obgleich er mit Elektronen gefüllt ist, da die Elektronen eine übermäßig starke Korrelation aufweisen und sich somit darin nicht frei bewegen. Es ist bekannt, dass, wenn das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem mit einer Spannung, einer Temperatur, Licht oder dergleichen stimuliert wird, es einen Phasenübergang zu einem leitfähigen Material durchmacht. Da das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem mittels eines Verfahrens ausgebildet und prozessiert werden kann, das in einem Halbleiterprozess gewöhnlich genutzt wird, wie etwa ein PLD-Verfahren, kann es einfach in einen bestehenden Halbleiterfertigungsprozess einbezogen werden. - Wenn hochenergetische Teilchen auf die Vorrichtung auftreffen, können die hochenergetischen Teilchen durch den zweiten Passivierungsfilm
10 , die Sourcefeldplatte9 , den ersten Passivierungsfilm7 , die AlGaN-Kanalschicht3 und die GaN-Pufferschicht2 durchgehen und das SiC-Substrat1 erreichen. Ankommende Teilchen sind schwere Teilchen, Protonen, Elektronen, Neutronen, Myonen usw. und haben eine Energie von etwa1 keV bis 100 GeV. Eine große Menge Elektron-Loch-Paare wird um eine Trajektorie herum erzeugt, über die hochenergetische Teilchen gelangt sind. In einer herkömmlichen Struktur wird der Halbleiter durch die erzeugten Elektron-Loch-Paare stark beschädigt und im Prozess einer Diffusion, Drift, Rekombination und Vernichtung der erzeugten Elektron-Loch-Paare in der Vorrichtung zerstört oder verschlechtert. - In der vorliegenden Ausführungsform erfasst, wenn Elektron-Loch-Paare in der Vorrichtung erzeugt werden, das mit der Gateelektrode
4 verbundene Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem eine Potentialfluktuation in der Vorrichtung und macht in einer kurzen Zeit einen Phasenübergang von einem Isolator zu einem Leiter durch. Die in der Vorrichtung erzeugten Elektron-Loch-Paare gehen durch das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem durch, das in ein leitfähiges Material geändert wurde, und fließen zur Masse, so dass die Schädigung an der Vorrichtung reduziert werden kann. Daher wird die Verbundhalbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform selbst in einem harten Umfeld, in dem die Verbundhalbleitervorrichtung hochenergetischen Teilchen ausgesetzt ist, schwerlich zerstört und verschlechtert. -
4 ist eine Querschnittsansicht, die das Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Eine Basiselektrode13 ist auf dem SiC-Substrat1 angeordnet. Die Basiselektrode13 ist mit der Gateelektrode4 verbunden. Ein dünner Film des Materials12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem ist auf der Basiselektrode13 ausgebildet. Eine obere Elektrode14 ist auf dem Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem gebildet. Die obere Elektrode14 ist mit der Sourceelektrode5 verbunden. Wie oben beschrieben wurde, kann das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem zwischen die Sourceelektrode5 und die Drainelektrode6 mit einer einfachen Struktur ähnlich derjenigen eines Kondensators geschaltet werden. Durch Anordnen des Materials12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem auf dem SiC-Substrat1 kann überdies eine Miniaturisierung der Vorrichtung realisiert werden. Es ist besonders zu erwähnen, dass die Sourceelektrode5 und die Drainelektrode6 mit beiden Enden des Materials12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem jeweils verbunden werden können. - Zweite Ausführungsform
-
5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Verbundhalbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Ausführungsform ist zusätzlich zu der Konfiguration der ersten Ausführungsform ein Material15 mit einem stark korrelierten Elektronensystem zwischen die Sourceelektrode5 und die Drainelektrode6 geschaltet, was den Effekt verstärkt, da die Anzahl von Pfaden, über die Ladungen freigesetzt werden, zunimmt. Es ist besonders zu erwähnen, dass das Material12 mit einem stark korrelierten Elektronensystem auf der Sourceseite weggelassen werden kann, während nur das Material15 mit einem stark korrelierten Elektronensystem auf der Drainseite vorgesehen ist, und der gleiche Effekt wie die erste Ausführungsform erhalten werden kann. - Bezugszeichenliste
- 1 SiC-Substrat; 2 GaN-Pufferschicht; 3 AlGaN-Kanalschicht; 4 Gateelektrode; 5 Sourceelektrode; 6 Drainelektrode; 12, 15 Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem; 13 Basiselektrode; 14 obere Elektrode
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- JP 2006253654 A [0002]
- JP 2010067693 A [0002]
- JP 2011243632 A [0002]
Claims (4)
- Verbundhalbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Halbleiterschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist; eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode, die auf der Halbleiterschicht vorgesehen sind; und ein Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem, das zwischen die Gateelektrode und die Sourceelektrode geschaltet ist.
- Verbundhalbleitervorrichtung, umfassend: ein Substrat; eine Halbleiterschicht, die auf dem Substrat vorgesehen ist; eine Gateelektrode, eine Sourceelektrode und eine Drainelektrode, die auf der Halbleiterschicht vorgesehen sind; und ein Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem, das zwischen die Sourceelektrode und die Drainelektrode geschaltet ist.
- Verbundhalbleitervorrichtung nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem auf dem Substrat angeordnet ist. - Verbundhalbleitervorrichtung nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , wobei das Material mit einem stark korrelierten Elektronensystem zwischen einer Basiselektrode und einer oberen Elektrode sandwichartig angeordnet ist.
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