The present invention provides an AlGaN/GaN high electron mobility transistor with graphene heat dissipation layer and a preparation method. A layer of graphene material is grown on a silicon carbide substrate, a gallium nitride nucleation layer is grown on a graphene material, a gallium nitride high resistance buffer layer is grown on the nucleation layer, and a high mobility layer is grown on the substrate. GaN channel layer is used to grow AlGaN barrier layer on the channel layer. The source and drain electrodes of the device are contacted by two ohms. A thin passivation layer on the surface of silicon nitride is deposited on the channel layer. The SiNX passivation layer is etched out of the slot between the source and drain, and then the Schottky gate is fabricated. The present disclosure can be applied to the field of highly reliable GaN-based microwave power devices, which is beneficial to reducing the self-heating effect of GaN-based HEMT, reducing the interface thermal resistance, and thereby improving the thermal reliability of GaN-based HEMT when operating in strong electric field and high temperature environment.
【技术实现步骤摘要】
具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法
本公开属于半导体
,尤其涉及一种具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管及制备方法。
技术介绍
GaN材料具有良好的热学和电学性能和化学稳定性,如宽的禁带宽度,高的击穿电场、高热导率、耐腐蚀和抗辐射等,是制备高频、高温、高压、大功率器件的理想材料。AlGaN/GaN异质结存在极强的压电极化和自发极化效应,在异质结界面形成高浓度的二维电子气(2DEG),基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在大功率微波器件方面具有广泛的应用前景。随着器件功率密度的提升,器件的自热效应明显,其将导致沟道温度升高,严重影响了器件电学和热学性能的进一步提升,并且降低了器件的可靠性,进而制约了器件应用的广泛开展。例如,对于GaN器件,其结温每升高10℃,器件的寿命将降低10000小时,其中,界面热阻较高是导致器件峰值热阻较高,影响器件可靠性的主导因素,对于SiC衬底的器件,SiC衬底材料与GaN材料之间的界面热阻占器件总热阻的50%,因此,降低器件的界面热阻是提高器件热可靠性的关键。GaNHEMT的材料体系中存在很大的界面热阻,严重地影响了器件的沟道温度和热量分布。界面热阻也称接触热阻(Thermalboundaryresistance),其表征两个固体材料接触传热发生时,接触处的热传导阻力。两个固体接触构成一个材料体系时,因为两固体的微观结构不同,材料内部连续一致的结构被破坏,当热流从固体的一侧材料通过接触界面流向另一侧材料时,温度在接触界面处发生跳变,由此材料结构中将产生 ...
【技术保护点】
1.一种具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,其特征在于,包括:SiC衬底;石墨烯散热层,形成于所述SiC衬底上,所述石墨烯散热层厚度为2nm;GaN成核层,形成于所述石墨烯散热层上;GaN缓冲层,形成于所述GaN成核层上;GaN高电子迁移率沟道层,形成于所述GaN缓冲层上;AlGaN势垒层形成于所述GaN沟道层上;源电极、漏电极、栅电极和SiNx钝化层,形成于所述AlGaN势垒层上。
【技术特征摘要】
1.一种具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,其特征在于,包括:SiC衬底;石墨烯散热层,形成于所述SiC衬底上,所述石墨烯散热层厚度为2nm;GaN成核层,形成于所述石墨烯散热层上;GaN缓冲层,形成于所述GaN成核层上;GaN高电子迁移率沟道层,形成于所述GaN缓冲层上;AlGaN势垒层形成于所述GaN沟道层上;源电极、漏电极、栅电极和SiNx钝化层,形成于所述AlGaN势垒层上。2.如权利要求1所述的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,其特征在于,所述SiC衬底与石墨烯散热层之间的界面热阻值为1.2E-7W-1m2K,所述石墨烯散热层的热传导系数为2E3Wm-1W-1,所述石墨烯散热层与GaN成核层之间的界面热阻值为1.2E-7W-1m2K。3.如权利要求2所述的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管,其特征在于,所述SiC衬底厚度为18um,所述GaN成核层厚度为8nm,所述GaN成核层的厚度是25nm,所述GaN缓冲层的厚度1.822um,所述GaN高电子迁移率沟道层的厚度为8nm,所述AlGaN势垒层的厚度为25nm,Al组分为30%,所述源电极和漏电极之间的间距为6um,所述栅电极和源电极之间的间距为1.8um,所述栅电极和漏电极之间的间距为4um。4.一种具有石墨烯散热层的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管的制备方法,其特征在于,包括:步骤S1:确定材料结构和器件结构,获取石墨烯散热层的参数;步骤S2:按照所述材料结构、器件结构和石墨烯散热层的参数,选择SiC衬底,依次生长石墨烯散热层、GaN成核层、GaN缓冲层、GaN高电子迁移率沟道层、AlGaN势垒层;步骤S3:在AlGaN势垒层上形成源电极、漏电极、SiNx钝化层和栅电极。5.如权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2具体包括:...
【专利技术属性】
技术研发人员:赵妙,刘洪刚,张国斌,吴宗刚,孙兵,黄凯亮,
申请(专利权)人:中国科学院微电子研究所,
类型:发明
国别省市:北京,11
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