[实用新型]一种高速电力开关器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力开关技术领域，尤其涉及一种高速电力开关器件。

背景技术

第三代宽禁带半导体材料因其优异的性能得到了飞速发展。由于AlGaN/GaN异质结压电极化和自发极化作用，半导体氮化镓的异质结构的沟道具有高电子(二维电子气)浓度、高电子迁移率及高电子饱和速度。目前，氮化镓高电子迁移率晶体管包括耗尽型器件和增强型两种。

氮化镓高电子迁移率晶体管属于平面沟道场效应晶体管。该器件工作原理上不同于MESFET和MOSFET的主要之处是：氮化镓高电子迁移率晶体管源漏间导电沟道是器件结构中自然形成的二维电子气(Two-dimensional electron gas,2DEG)，而MESFET是掺杂薄层，MOSFET是场致反型层。在氮化镓高电子迁移率晶体管中，可通过调整栅极电压来改变2DEG的电子浓度，从而控制器件的工作状态。

HEMT已经成功的应用于微波低噪声放大领域，并在高速数字集成电路方面取得了明显的进展。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提出一种高速电力开关器件，高速电力开关器件采用高电子迁移率晶体管，以提供高性能、低损耗的电力开关器件。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

本实用新型实施例提供了一种高速电力开关器件，包括控制信号输入端，第一开关连接端、第二开关连接端和高电子迁移率晶体管，所述高电子迁移率晶体管包括：

衬底；

位于所述衬底上的半导体层，其中，所述半导体层包括有源区，所述有源区包括源区、漏区及源区与漏区之间的栅区，所述半导体层包括异质结构，异质界面形成二维电子气，所述栅区的半导体层上形成有凹槽，且所述凹槽下方半导体层的厚度大于满足增强型晶体管条件的厚度；

位于所述半导体层上两端的源极和漏极，且所述源极位于所述源区上，所述漏极位于所述漏区上，所述源极与所述第一开关连接端电连接，所述漏极与所述第二开关连接端电连接；

位于所述凹槽中的第一介质层；

位于所述第一介质层上的浮栅，用于存储电子，得到增强型高电子迁移率晶体管；

包覆所述浮栅和所述第一介质层的第二介质层；

位于所述第二介质层上的控制栅，所述控制栅与所述控制信号输入端电连接。

进一步地，所述半导体层包括：

位于所述衬底上的成核层；

位于所述成核层上的GaN缓冲层；

位于所述GaN缓冲层上的AlGaN隔离层；

其中，所述GaN缓冲层和所述AlGaN隔离层构成AlGaN/GaN异质结构，所述凹槽下方的所述AlGaN隔离层的厚度为5nm～30nm。

进一步地，所述浮栅材料为半绝缘材料层。

进一步地，所述浮栅材料包括富氧多晶硅或富硅的氮化硅。

进一步地，所述浮栅的一侧形成有电子输入焊盘。

本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例提供的高速电力开关器件，其中的高电子迁移率晶体管结合沉栅技术，在半导体层栅区的凹槽中依次形成浮栅和控制栅，即采用多层栅工艺，高电子迁移率晶体管出厂前对浮栅进行预充，使得浮栅中写进足够多的电子，降低浮栅电势，使高电子迁移率晶体管具有正的开启电压，从而得到增强型高电子迁移率晶体管。与现有技术相比，本实用新型虽采用沉栅技术，但凹槽下方所保留的半导体层的厚度较厚，仅初步增加阈值电压，不需要达到增强型晶体管的程度，工艺上更容易控制，重复性好；再通过与浮栅技术相结合，进一步得到增强型晶体管。进而，采用该高电子迁移率晶体管得到的高速电力开关器件，具有较高的稳定性和可靠性，较低的损耗及较快的开关速度。将本实用新型的高速电力开关器件应用于电力系统，可实现更高开关频率、低功耗、高效率以及小体积化的电力系统。

附图说明

下面将通过参照附图详细描述本实用新型的示例性实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本实用新型的上述及其他特征和优点，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的高速电力开关器件的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的高电子迁移率晶体管的主视剖面图；

图3是本实用新型实施例提供的高电子迁移率晶体管的俯视图。

具体实施方式