本发明专利技术涉及一种具有双高栅的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层，N型沟道层的两侧分别为源极帽层和漏极帽层，源极帽层和漏极帽层表面分别是源电极和漏电极，N型沟道层上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极，栅电极在N型沟道左侧、右侧、中间分别形成左沟道凹陷区、右沟道凹陷区、中间沟道凹陷区，所述沟道表面和栅电极之间形成左高栅区域和右高栅区域。本发明专利技术的优点体现在：漏极电流提高；击穿电压提高；频率特性改善。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于场效应晶体管
，具体涉及一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。
技术介绍
SiC材料具有宽带隙、高击穿电场、高的饱和电子迁移速度、高热导率等突出的材料和电学特性，使其在高频高功率器件应用中，尤其是高温、高压、航天、卫星等严苛环境下的高频高功率器件应用中具有很大的潜力。在SiC同质异形体中，六角密堆积的纤锌矿结构的4H-SiC的电子迁移率是6H-SiC的近三倍，因此4H-SiC材料在高频高功率器件，尤其是金属半导体场效应晶体管(MESFET)应用中占有主要地位。目前，大多数文献致力于双凹陷4H-SiC MESFET结构的研究及在此结构的基础上进行改进。该结构从下至上由4H-SiC半绝缘衬底、P型缓冲层、N型沟道层和N+帽层堆叠而成，以该堆叠层为基础，刻蚀N+帽层后形成凹陷的N型沟道层，栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷形成凹栅结构，凹陷的N型沟道层可通过反应离子刻蚀RIE技术完成。虽然上述双凹陷结构4H-SiC MESFET的击穿电压因栅的源侧一半长度向N型沟道层内凹陷而增加，但饱和漏电流却没有得到实质性提升。并且在实际情况下，反应离子刻蚀RIE的过程会在器件漂移区表面形成晶格损伤，导致N型沟道层中载流子有效迁移率下降，进而降低漏极电流，在电流输出特性上表现为饱和电流的退化。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种使输出电流和击穿电压都提高，从而改善器件直流特性和射频特性的具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底(1)、P型缓冲层(2)、N型沟道层(3)，N型沟道层(3)的两侧分别为源极帽层(4)和漏极帽层(5)，源极帽层(4)和漏极帽层(5)表面分别是源电极(6)和漏电极(7)，N型沟道层(3)上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极(10)，栅电极(10)在N型沟道(3)左侧、右侧、中间分别形成左沟道凹陷区(8)、右沟道凹陷区(9)、中间沟道凹陷区(11)，所述沟道表面和栅电极(10)之间形成左高栅区域(13)和右高栅区域(12)。进一步的，所述N型沟道层(3)的沟道的深度为0.30-0.45μm，N型沟道层(3)的左侧沟道凹陷区(8)、右侧沟道凹陷区(9)、中间沟道凹陷区(11)的深度为0.05-0.20μm。进一步的，所述左沟道凹陷区(8)的宽度为0.5μm，右沟道凹陷区(9)的宽度为1μm，中间沟道凹陷区(11)的宽度为0.35μm。进一步的，所述中间沟道凹陷区的起点为距离源极帽层内侧0.675μm处，终点为距离源极帽层内侧1.025μm处。进一步的，所述左高栅区域(13)和右高栅区域(12)的宽度均为0.175μm，高度为0.05-0.20μm。本专利技术公开的一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，具有以下有益效果：1.漏极电流提高。双高栅的引入使得高栅电极距离沟道表面较高，沟道层的耗尽层随之向沟道表面靠近，即沟道层有效沟道区域变大，意味着可以流过更大的输出电流。4H-SiC MESFET器件的最大输出功率密度与饱和漏电流和击穿电压乘积成正比，较大的饱和漏电流有助于提高最大输出功率密度。2.击穿电压提高。4H-SiC金属半导体场效应管的击穿主要是因为栅角漏侧的电场集边效应，高栅的引入调整了沟道表面的电场分布，缓解了栅角的电场强度，提高了击穿电压。3.频率特性改善。双高栅下方的耗尽区区域向栅极靠近，使得栅下耗尽区变小，栅源电容减小，提高了截止频率，改善器件的频率特性。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。如图所示：1为4H-SiC半绝缘衬底，2为P型缓冲层，3为N型沟道层，4为源极帽层，5为漏极帽层，6为源电极，7为漏电极，8为左沟道凹陷区，9为右沟道凹陷区，11为中间沟道凹陷区，10为栅电极,13为左高栅区域，12为右高栅区域。具体实施方式下面结合实施例并参照附图对本专利技术作进一步描述。请参见图1。一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底1、P型缓冲层2、N型沟道层3，N型沟道层3的两侧分别为源极帽层4和漏极帽层5，源极帽层4和漏极帽层5表面分别是源电极6和漏电极7，N型沟道层3上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极10，栅电极10在N型沟道3左侧、右侧、中间分别形成左沟道凹陷区8、右沟道凹陷区9、中间沟道凹陷区11，所述沟道表面和栅电极10之间形成左高栅区域13和右高栅区域12。作为具体实施例，所述N型沟道层3的沟道的深度为0.30-0.45μm，N型沟道层3的左侧沟道凹陷区8、右侧沟道凹陷区9、中间沟道凹陷区11的深度为0.05-0.20μm。作为具体实施例，所述左沟道凹陷区8的宽度为0.5μm，右沟道凹陷区9的宽度为1μm，中间沟道凹陷区11的宽度为0.35μm。作为具体实施例，所述中间沟道凹陷区的起点为距离源极帽层内侧0.675μm处，终点为距离源极帽层内侧1.025μm处。作为具体实施例，所述左高栅区域13和右高栅区域12的宽度均为0.175μm，高度为0.05-0.20μm。本专利技术通过引入左高栅区域13，右高栅区域12，使双高栅下沟道厚度增加，漏极电流的大小对栅下的沟道厚度敏感性极大，有效沟道厚度增加使流过源漏区的电荷量增多，进而漏电流提高。右高栅区域12的引入，调制沟道表面电场的分布，缓解了栅角的电场集边效应，改善了击穿电压。双高栅的引入也使得耗尽区向高栅靠拢，减小了耗尽区向源区/漏区扩展的趋势，栅源电容大大减小，改善了4H-SiC金属半导体场效应晶体管的频率特性。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本专利技术进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本专利技术各实施例技术方案的范围。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有双高栅的4H‑SiC金属半导体场效应晶体管，其特征在于，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底(1)、P型缓冲层(2)、N型沟道层(3)，N型沟道层(3)的两侧分别为源极帽层(4)和漏极帽层(5)，源极帽层(4)和漏极帽层(5)表面分别是源电极(6)和漏电极(7)，N型沟道层(3)上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极(10)，栅电极(10)在N型沟道(3)左侧、右侧、中间分别形成左沟道凹陷区(8)、右沟道凹陷区(9)、中间沟道凹陷区(11)，所述沟道表面和栅电极(10)之间形成左高栅区域(13)和右高栅区域(12)。
【技术特征摘要】
1.一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，其特征在于，自下而上包括4H‐SiC半绝缘衬底(1)、P型缓冲层(2)、N型沟道层(3)，N型沟道层(3)的两侧分别为源极帽层(4)和漏极帽层(5)，源极帽层(4)和漏极帽层(5)表面分别是源电极(6)和漏电极(7)，N型沟道层(3)上方且靠近源极帽层的一侧形成栅电极(10)，栅电极(10)在N型沟道(3)左侧、右侧、中间分别形成左沟道凹陷区(8)、右沟道凹陷区(9)、中间沟道凹陷区(11)，所述沟道表面和栅电极(10)之间形成左高栅区域(13)和右高栅区域(12)。2.根据权利要求1所述的一种具有双高栅的4H-SiC金属半导体场效应晶体管，其特征在于，所述N型沟道层(3)的沟道的深度为0.30-0.45μm，N型沟道层(...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾护军，马培苗，杨志辉，柴常春，
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
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