一种HEMT开关器件制造技术

本发明专利技术公开了一种HEMT开关器件，包括悬浮电极(9)和底部结构，其中悬浮电极(9)通过弹性件(12)固定在所述底部结构的上方，且所述悬浮电极(9)的底部设置有凸点电极(10)，所述底部结构包括衬底(1)，成核层(2)，缓冲层(3)以及势垒层(4)；另外所述弹性件(12)设置在所述衬底(1)上，所述缓冲层(3)的上表面还设置有源电极(6)和漏电极(7)，所述漏电极(7)与所述凸点电极(10)相对应，所述势垒层(4)的上表面设置有栅电极(8)和钝化层(5)。本发明专利技术所提出的HEMT开关器件，既具有静态功耗极低、开关速度快的特点，还具有击穿电压高，功率容量大的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种HEMT开关器件
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种HEMT开关器件。
技术介绍
电力电子技术是指使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术，而电力电子器件又称功率半导体器件，它是电力电子系统的核心元件，它广泛应用于工业设备、家用电器、汽车电源等众多领域。随着电力电子技术的迅速发展，新一代电力电子器件要求具有更高的效率、更高的功率密度和高温工作环境下更高的可靠性现有技术中，HEMT，即高电子迁移率晶体管，它是电力电子器件的一种，具有更大的禁带宽度、更高的临界击穿电场和极强的抗辐射能力等特点，非常适合制备新型电力电子器件。该材料易于形成异质结结构，异质结中所存在的二维电子气，使其具有高电子迁移率以及高电子饱和速度。随着电力电子技术的快速发展，对于开关器件工作环境的要求越来越高，因此需要一种高性能的HEMT开关器件来满足器件在高频、高压、高温等领域的应用。然而目前对HEMT开关器件的研究较少，现有的HEMT开关器件响应速度慢，又存在较大的静态功耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提出了一种HEMT开关器件。具体的实施方式如下：本专利技术实施例提供了一种HEMT开关器件，包括：悬浮电极和底部结构，其中悬浮电极通过弹性件固定在所述底部结构的上方，且所述悬浮电极的底部设置有凸点电极。在一个具体的实施例中，所述底部结构包括：衬底；成核层，设置于所述衬底上；缓冲层，设置于所述成核层上；势垒层，设置于所述缓冲层上。其中，所述缓冲层的上表面还设置有源电极和漏电极，所述漏电极与所述凸点电极对应，所述势垒层的上表面设置有栅电极和钝化层，所述弹性件设置于所述衬底上。在另一个具体的实施例中，所述成核层的材料为AlN，所述缓冲层材料为GaN，所述势垒层材料为AlGaN。在一个具体的实施例中，所述缓冲层和所述势垒层之间设置有AlN插入层。在一个具体的实施例中，所述缓冲层材料为GaAs，所述势垒层材料为AlGaAs。在一个具体的实施例中，所处成核层厚度为150nm，所述缓冲层厚度为4μm，所述势垒层厚度为30nm。在一个具体的实施例中，所述钝化层的材料为Si3N4，厚度为15nm。在一个具体的实施例中，所述悬浮电极的材料为P型掺杂Si0.4Ge0.6，厚度为1μm。在一个具体的实施例中，所述源电极和所述漏电极均为欧姆接触电极，所述栅电极为肖特基接触电极。在一个具体的实施例中，所述弹性件为曲型弹簧，所述曲型弹簧的臂长为40μm，宽度为5μm。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术所提出的HEMT开关器件，将悬浮电极悬空设置，因此，在零栅压情况下，电路不导通，所以不存在静态功耗。2、本专利技术所提出的HEMT开关器件，当栅压达到开启电压时，凸点电极与漏电极接触导通，使整个源电极漏电极之间形成通路，迅速在源电极和悬浮电极间产生大电流，开关速度极快。3、本专利技术所提出的HEMT开关器件的缓冲层与势垒层的禁带宽度大，因此该开关器件的击穿电压很高，故本专利技术具有很大的功率容量。附图说明图1为本专利技术提出的HEMT开关器件示意图；图2为本专利技术提出的HEMT开关器件俯视图；图3为现有的HEMT开关器件的Vgs-Ids关系仿真结果图；图4为本专利技术提出的HEMT开关器件的Vgs-Ids关系仿真结果图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例，对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此，本专利技术所述的“上”“下”“左”“右”“前”“后”以附图所示部件位置为参照，按公知定义为标准，仅用来描述各器件之间的相对位置，并不对各部件作出具体的限定。参照图1和图2，图1为本专利技术提出的HEMT开关器件示意图，图2为本专利技术提出的HEMT开关器件俯视图。本专利技术提出的HEMT开关器件具体包括悬浮电极9和底部结构，其中悬浮电极9通过弹性件12固定在所述底部结构的上方，且所述悬浮电极9的底部设置有凸点电极10。进一步的，所述底部结构包括：衬底1；成核层2，设置于所述衬底1上；缓冲层3，设置于所述成核层2上；势垒层4，设置于所述缓冲层3上；其中，所述弹性件12固定在所述衬底1上，所述缓冲层3的上表面还设置有源电极6和漏电极7，所述漏电极7与所述凸点电极10对应，所述势垒层4的上表面设置有栅电极8和钝化层5。具体的，弹性件12一端联结悬浮电极9，另一端固定在所述衬底1上，使得悬浮电极与底部结构之间具有一定距离，悬浮电极与底部结构不导通，需要说明的是，悬浮电极的下表面设置有凸点电极，凸点电极与底部结构也不接触。当开关结构导通时，即悬浮电极下降，使得凸点电极与底部结构中的漏电极相接触，至此悬浮电极与底部结构导通，需要说明的是，此时，仅凸点电极与底部结构接触，悬浮电极主体部分仍与底部结构保持一定距离。进一步的，本实施例中钝化层5的材料为Si3N4，厚度为15nm；所述源电极6和所述漏电极7均为欧姆接触电极，所述栅电极8为肖特基接触电极；进一步的，所述栅电极8、漏电极7及凸点电极10的材料均为W，所述源电极6的材料为一般源电极材料Ti/Al；所述弹性件12为曲型弹簧，所述曲型弹簧12的一端与悬浮电极9连接，另一端设置有锚11，通过锚11固定在所述衬底1上，所述曲型弹簧的数量为4个，臂长为40μm，宽为5μm。所述弹性件12作用为：不通电时，将悬浮电极9固定在所述底部结构上方，即初始位置；通电后，当栅压大于开启电压时，弹性件12受力处于压缩状态；当栅压小于关断电压时，弹性件12带动悬浮电极9恢复到初始位置。进一步的，所述悬浮电极9的材料为P型掺杂Si0.4Ge0.6，厚度为1μm，当在悬浮电极9与栅电极8之间施加电压时，P型掺杂Si0.4Ge0.6与栅电极金属间产生较大的库仑力，可吸引悬浮电极9向下移动。需要说明的是，在所述源电极6与悬浮电极9之间加电压VDS＝5V。由于异质结处的极化作用，在缓冲层/势垒层界面处会天然形成一层具有高电子迁移率的2DEG。本专利技术提出的HEMT开关器件的工作原理为：不通电时，源电极6与漏电极7、悬浮电极9之间不存在电流，不存在静态损耗；通电后，悬浮电极9与栅电极8之间产生库仑力，在库仑力的作用下，悬浮电极9带动凸点电极10克服弹性件12的弹力向下运动，当栅压达到开启电压时，凸点电极10与漏电极7接触，电路导通；当栅压下降到关断电压以下时，在弹性件12的作用下，悬浮电极9和凸点电极10向上运动，凸点电极10与漏电极7断开时，电路断开。进一步的，所述成核层2的材料为AlN，缓冲层3材料为GaN，所述势垒层4材料为AlGaN。因为GaN与AlGaN为宽禁带材料，因此该开关器件的击穿电压很高，导致本专利技术具有很大的功率容量，这种结构下，还可以在所述缓冲层3和所述势垒层4之间设置AlN插入层，从而提高2DEG界面的压电极化和导带不连续性，进而提高2DEG面密度。进一步的，本专利技术提出的HEMT开关器件中的缓冲层3材料还可以为GaAs，此时对应的势垒层4材料为AlGaAs，这种结构下的HEMT开关器件可以设置成核层。GaAs与AlGaAs也具有较大的禁带宽度，同样可以使该HEMT开关器件具有较大的击穿电压。进一步的，为了减小源电极和漏电极形成的串联电路的串联电阻，并考虑到各器件的工作模式，本专利技术所述的势垒层厚度为30nm，所述成核层2厚度为150nm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种HEMT开关器件，其特征在于，包括：悬浮电极(9)和底部结构，其中悬浮电极(9)通过弹性件(12)固定在所述底部结构的上方，且所述悬浮电极(9)的底部设置有凸点电极(10)。

【技术特征摘要】
1.一种HEMT开关器件，其特征在于，包括：悬浮电极(9)和底部结构，其中悬浮电极(9)通过弹性件(12)固定在所述底部结构的上方，且所述悬浮电极(9)的底部设置有凸点电极(10)。2.根据权利要求1所述的HEMT开关器件，其特征在于，所述底部结构包括：衬底(1)；成核层(2)，设置于所述衬底(1)上；缓冲层(3)，设置于所述成核层(2)上；势垒层(4)，设置于所述缓冲层(3)上；其中，所述弹性件(12)设置在所述衬底(1)上，所述缓冲层(3)的上表面还设置有源电极(6)和漏电极(7)，所述漏电极(7)与所述凸点电极(10)对应，所述势垒层(4)的上表面设置有栅电极(8)和钝化层(5)。3.根据权利要求2所述的HEMT开关器件，其特征在于，所述成核层(2)的材料为AlN，所述缓冲层(3)的材料为GaN，所述势垒层(4)的材料为AlGaN。4.根据权利要求3所述的HEMT开关器件，其特征在于，所述缓冲层(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，陈轶昕，王士辉，李纲，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61