[发明专利]一种抗辐照GaN/Ga2

说明书

本发明公开了一种抗辐照GaN/Ga₂O₃的Cascode级联增强型功率器件及其制作方法，GaN与Ga₂O₃器件级联的Cascode结构增强型功率器件从左到右包括低压增强型GaN HEMT器件和高压耗尽型Ga₂O₃FET器件，所述低压增强型GaN HEMT器件与所述高压耗尽型Ga₂O₃FET器件相连通。本发明采用上述结构的一种抗辐照GaN/Ga₂O₃的Cascode级联增强型功率器件及其制作方法，Ga₂O₃材料具有高击穿电压特性，同时GaN属于宽禁带材料，整体上增加了器件的可靠性，提高了器件在宇航辐照环境应用下的单粒子烧毁阈值电压，降低了宇航系统的重量和复杂程度。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种抗辐照GaN/Ga₂O₃的Cascode级联增强型功率器件及其制作方法。

背景技术

功率半导体器件应用于航空航天中电力电子系统的不同频率不同功率间的电能转换。随着不同轨道中宇航新型电源系统的应用发展，研发出高效率、高功率密度以及高可靠性的半导体功率器件，是有效应对太空恶劣环境以及能源转换效率低的有效方案。

随着功率半导体器件技术的不断更新发展，半导体器件的材料从第一代的硅基材料更新到第二代的砷化镓材料，都使得器件和材料的基础性能发生了根本性质的变化。但是到目前为止，传统材料制作的半导体功率器件性能已经接近了材料的理论极限。以Ga₂O₃为代表的新型半导体宽禁带材料具有更高耐压能力和电子饱和漂移速度，基于氧化镓的功率器件具有更小体积、更高转换效率和更低功耗，具有更高的击穿电压以及更快的开关频率，更好的抗辐照特性以及更广泛的温度工作范围，较低的输入电容以和较低的导通电阻，是替代传统硅器件的首选技术方案。

航空航天系统工作的自然辐射环境中存在高能粒子，这些粒子会穿透系统并引起功率器件发生严重的单粒子烧毁。当器件工作在反向高压的关断状态下，高能粒子引起的烧毁会使得器件的漏极电流急剧增加，同时引起器件材料晶格的温度急剧升高从而烧毁器件，引起系统的严重失效。功率器件的烧毁阈值电压将很大程度上决定系统的可靠性和应用范围，制约了航天航空抗辐照领域的发展，目前成熟的硅基器件需要非常复杂的抗辐射加固技术，这会严重增加系统的复杂度和重量，无法满足系统的小型化和集成化的发展需求。氧化镓Ga₂O₃的晶体管器件实现增强型是依靠非原位生长P型NiO_x氧化物、凹槽MIS结构等方法实现的，这些方案采用MIS结构、刻蚀工艺等会引入额外的总剂量问题以及界面缺陷所带来的可靠性问题。尽管第三代宽禁带器件的性能得到了发展，但是目前所有材料器件的单粒子烧毁阈值电压很低且远低于器件本身的击穿电压，存在严重的单粒子烧毁问题，急需开发增强型的高单粒子烧毁阈值的新型晶体管结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种抗辐照GaN/Ga₂O₃的Cascode级联增强型功率器件及其制作方法，以解决上述背景技术中的问题，实现新型的GaN与Ga₂O₃级联的增强型器件，降低宇航系统的重量和复杂度，增加器件的可靠性，提高器件在宇航辐照环境应用下的单粒子烧毁阈值电压。

为实现上述目的，本发明提供了一种抗辐照GaN/Ga₂O₃的Cascode级联增强型功率器件，GaN与Ga₂O₃器件级联的Cascode结构增强型功率器件从左到右包括低压增强型GaNHEMT器件和高压耗尽型Ga₂O₃ FET器件，所述低压增强型GaN HEMT器件与所述高压耗尽型Ga₂O₃ FET器件相连通。