[发明专利]一种提高抗单粒子烧毁能力的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管

说明书

本发明公开了一种提高抗单粒子烧毁能力的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，主要解决现有同类器件抗单粒子烧毁能力低的问题，其自下而上包括：衬底(1)、缓冲层(2)、势垒层(3)、钝化层(5)，该钝化层的两端设有源极(6)和漏极(7)，源极的右侧设有与源极之间距离为1～5μm的p‑GaN层(4)，该p‑GaN层上方设有栅极(8)，该栅极上连接有栅场板(9)，该漏极的左侧设有与漏极相连的n型半导体漏极场板(10)，该n型半导体漏极场板与势垒层之间的距离为10～100nm。本发明有效提高了p‑GaN增强型HEMT器件的抗单粒子烧毁能力，可用于工作在空间辐照环境中的航天电子系统。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，具体涉及一种增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，可用于工作在空间辐照环境中的航天电子系统。

背景技术

氮化镓GaN材料具有禁带宽度大、临界击穿电场高和耐高温等特点，基于其制备的GaN高电子迁移率晶体管HEMT，因其异质结界面处存在高密度、高迁移率的二维电子气，使得其导通电阻小、工作频率高。采用p型GaN材料作为GaN HEMT器件的栅极，可以实现增强型GaN电力电子器件。在电源中采用p-GaN增强型GaN器件，能明显减少电源的开关损耗，提升器件工作频率，从而大大减小电源体积。基于上述优势，氮化镓器件可用于实现小体积、超快速的开关。

现有的p-GaN增强型HEMT结构，如图1所示。自下而上包括：衬底、缓冲层、势垒层、钝化层，钝化层两端设有源极和漏极，源极右侧设有p-GaN层，该p-GaN层与源极之间的距离为s，p-GaN层上设有栅极，栅极上连接有栅场板，由于p-GaN层的作用，栅极下方沟道中的二维电子气被耗尽，从而实现了增强型器件。

近年来，研究发现在空间应用环境下，p-GaN增强型GaN器件面临严重的单粒子效应，具体表现为器件在远低于其额定工作电压下即发生烧毁，造成航天电子系统失效。虽然国际国内相关研究人员对此现象逐步开始关注，但是到目前为止尚无有效手段提升其抗单粒子烧毁能力。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种提高抗单粒子烧毁能力的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，以避免器件在远低于其额定工作电压下发生烧毁所造成航天电子系统失效的事故，提高GaN器件的抗单粒子烧毁能力。

本发明的技术方案是这样实现的：

一.技术原理：

当重离子入射器件后，重离子在其入射路径上碰撞电离产生大量电子-空穴对，在电场的作用下，空穴向栅极和源极移动，电子向漏极移动。在这些载流子作用下沟道电场峰值从栅场板边缘附近移动到漏极附近。当漏极附近出现电场峰值时，n型半导体漏极场板中的电子在电场作用下被漏极收集，n型半导体漏极场板中只留下带正电的施主电荷，这些正电荷会调制漏极附近的电场峰值，抑制漏极附近电场增加，降低漏极附近因高电场导致的碰撞电离产生的电子-空穴对数目，有效减小重离子辐照后的瞬态电流，从而在不影响器件基本电学特性的同时提高了器件的抗单粒子烧毁能力。

二.技术方案

依据上述原理，本发明的技术方案如下：

一种提高抗单粒子烧毁能力的增强型氮化镓高电子迁移率晶体管，自下而上包括：衬底1、缓冲层2、势垒层3、钝化层5，钝化层5两端设有源极6和漏极7，源极6的右侧设有p-GaN层4，该p-GaN层4与源极6之间的距离为s，p-GaN层4上设有栅极8，栅极8上连接有栅场板9，其特征在于，漏极7的左侧设有与漏极7相连的n型半导体漏极场板10，以提高p-GaN增强型HEMT器件的抗单粒子烧毁能力，该n型半导体漏极场板10与势垒层3之间的距离为c，其中s为1～5μm，c为10～100nm。