一种AlGaN/GaN基场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及晶体管散热领域，特别涉及一种AlGaN/GaN基场效应晶体管及其制备方法。一种AlGaN/GaN基场效应晶体管，包括依次排布的SiC基底层、AlN层、GaN层和AlGaN层，AlGaN层上依次设置有热沉、漏极和源极，漏极与源极之间填充有二氧化硅层，漏极与源极之间的二氧化硅层上设置有栅极；热沉与漏极之间填充有二氧化硅层，热沉、漏极以及两者之间的二氧化硅层由二氧化钒层覆盖。本发明专利技术在晶体管的漏极和热沉之间设置二氧化钒层，二氧化钒层与漏极界面热传导通过电子-电子之间的耦合开启电子输运通道，达到迅速降低场效应管温度目的，从而可以大大提高场效应晶体管的性能和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及晶体管散热领域，具体而言，涉及一种AlGaN/GaN基场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
为了解决电子元器件散射问题，Sun等首次将Al2O3上GaN场效应管发热区域的热量通过环氧树酯扩散到AlN层(Sun,J.,Fatima,H.,Koudymov,A.,Chitnis,A.,etalThermalmanagementofAlGaN-GaNHFETsonsapphireusingflip-chipbondingwithepoxyunderfill,IEEEElectrondeviceletters,2003,24(6))。近来，在GaN基场效应管中采用高热导率SiC基底取代较低热导率的Al2O3基底(SiC热导率比蓝宝石热导率大将近6倍)。Yan等利用石墨烯作为热扩散介质连接GaN场效应管发热区域与热沉，期望利用石墨烯高热导率(热导率高达5000W/m·K)特性将热量输运到热沉(Zhang,Y.,Liu,G,X.,Khan,M,J,Graphenequiltsforthermalmanagementofhigh-powerGaNtransistors,Naturecommunications,2012,3,1-8)。石墨烯是当前已知材料中热导率最高的材料，但是Yan等用石墨烯作为热扩散介质，也只是将“热点”温度从180℃降低到160℃左右，高于电子器件性能和寿命开始恶化的温度(一般在70-80℃，每升高1℃，可靠性下降5％)。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种AlGaN/GaN基场效应晶体管，该晶体管利用二氧化钒在相变后存在大量自由移动电子特性，当其温度达到相变温度时，通过电子-电子之间的耦合，将AlGaN/GaN基场效应晶体管热量通过二氧化钒传递到热沉，达到迅速降低场效应管温度目的。本专利技术的第二目的在于提供一种所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管的制备方法，该方法简单易行，易于工业化生产，且制备的晶体管性能稳定和优良。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：一种AlGaN/GaN基场效应晶体管，包括依次排布的SiC基底层、AlN层、GaN层和AlGaN层，所述AlGaN层上依次设置有热沉、漏极和源极，所述漏极与所述源极之间填充有二氧化硅层，所述漏极与所述源极之间的二氧化硅层上设置有栅极；所述热沉与所述漏极之间填充有二氧化硅层，所述热沉、所述漏极以及两者之间的二氧化硅层由二氧化钒层覆盖。目前，改善GaN场效应管散热状况的措施主要集中于采用高热导率材料做为中介，忽略了热扩散材料与“热点”之间界面热导影响；另外，以前研究主要考虑声子对界面热传导的影响，但忽略了电子的作用。实际上，电子对界面热传导的作用要比声子主导的界面热导超过1-2个数量级。鉴于此，本专利技术利用二氧化钒在相变后存在大量自由移动电子的特性，在晶体管上设置二氧化钒层，当二氧化钒温度达到相变温度时，二氧化钒层与漏极界面热传导通过电子-电子之间的耦合开启电子输运通道，热量迅速从发热区域透过二氧化钒层界面传递到热沉，达到迅速降低场效应管温度目的，使晶体管温度降低至二氧化钒相变温度以下，从而可以大大提高场效应晶体管的性能和寿命。其中，本专利技术中的二氧化钒层可以为纯的二氧化钒层，也可以在二氧化钒中掺杂其他元素，以得到相对较高或相对较低的相变温度的含有二氧化钒的混合物层。为了制得的效应晶体管具有更稳定的性能，并具有更广泛的应用性，进一步地，所述AlN层的层厚为45-55nm，所述GaN层的层厚为0.4-0.6μm，所述AlGaN层的层厚为25-35nm，所述二氧化硅层的层厚为8-15nm。如AlN层的层厚可以为45nm、48nm、50nm、52nm、55nm等等，GaN层的层厚可以为0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.55μm等等，AlGaN层的层厚可以为25nm、28nm、30nm、32nm、35nm等等，二氧化硅层的层厚可以为8nm、10nm、12nm、15nm等等。优选地，所述漏极与所述源极之间的距离为3-8μm，如两者之间的距离可以为3μm、5μm、6μm、8μm等等；所述栅极为在二氧化硅层上依次设置镍层和金层，所述镍层的厚度为25-35nm，如镍层的厚度可以为25nm、28nm、30nm、35nm等等；所述金层的厚度为45-55nm，如金层的厚度可以为45nm、48nm、50nm、52nm、55nm等等。为了使漏极和源极更好的发挥相应地作用，优选地，所述漏极和所述源极均为在二氧化硅层上依次设置钛层、铝层、钛层和金层，各层的厚度依次为8-15nm、28-35nm、18-25nm和85-130nm。如漏极和源极中的各层之间的层厚可以为钛层8nm、铝层28nm、钛层18nm和金层85nm；可以为钛层10nm、铝层30nm、钛层20nm和金层100nm；可以为钛层12nm、铝层32nm、钛层21nm和金层100nm；可以为钛层15nm、铝层35nm、钛层25nm和金层130nm；可以为钛层10nm、铝层35nm、钛层18nm和金层130nm等等。经大量试验发现，一定厚度的二氧化钒层能达到更好的快速散热的目的，优选地，从二氧化硅层的表面开始计算，所述二氧化钒层的层厚为80-150nm，更优选为90-120nm，更优选为100nm。如二氧化钒层的层厚的层厚可以为80nm、90nm、100nm、120nm、140nm、150nm等等。本专利技术提供的AlGaN/GaN基场效应晶体管可采用现有技术进行制备，也可采用以下方法进行制备。本专利技术还提供了所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：(a)、将SiC基底在氢气环境下加热以清洁基底表面；(b)、在所述基底表面沉积AlN层，然后再依次沉积GaN层和AlGaN层；(c)、在所述AlGaN层表面沉积二氧化硅薄膜，形成二氧化硅层；(d)、在设置热沉、漏极和源极的区域把其内的二氧化硅层溶解掉，分别沉积热沉、漏极和源极，在漏极和源极之间的二氧化硅层上沉积栅极，在热沉、漏极以及之间的二氧化硅层上沉积二氧化钒层。本专利技术提供的AlGaN/GaN基场效应晶体管的制备方法，通过依次将各层制备完成后，最后在热沉、漏极以及之间的二氧化硅层的上面沉积二氧化钒层，即二氧化钒层覆盖了热沉、漏极以及之间的二氧化硅层，利于漏极通过二氧化钒层快速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特征在于，包括依次排布的SiC基底层、AlN层、GaN层和AlGaN层，所述AlGaN层上依次设置有热沉、漏极和源极，所述漏极与所述源极之间填充有二氧化硅层，所述漏极与所述源极之间的二氧化硅层上设置有栅极；所述热沉与所述漏极之间填充有二氧化硅层，所述热沉、所述漏极以及两者之间的二氧化硅层由二氧化钒层覆盖。

【技术特征摘要】
1.一种AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特征在于，包括依次排布的
SiC基底层、AlN层、GaN层和AlGaN层，所述AlGaN层上依次设置
有热沉、漏极和源极，所述漏极与所述源极之间填充有二氧化硅层，所
述漏极与所述源极之间的二氧化硅层上设置有栅极；
所述热沉与所述漏极之间填充有二氧化硅层，所述热沉、所述漏极
以及两者之间的二氧化硅层由二氧化钒层覆盖。
2.根据权利要求1所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特征在于，
所述AlN层的层厚为45-55nm，所述GaN层的层厚为0.4-0.6μm，所述
AlGaN层的层厚为25-35nm，所述二氧化硅层的层厚为8-15nm。
3.根据权利要求1所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特征在于，
所述漏极与所述源极之间的距离为3-8μm，所述栅极为在二氧化硅层上
依次设置镍层和金层，所述镍层的厚度为25-35nm，所述金层的厚度为
45-55nm。
4.根据权利要求1所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特征在于，
所述漏极和所述源极均为在二氧化硅层上依次设置钛层、铝层、钛层和金
层，各层的厚度依次为8-15nm、28-35nm、18-25nm和85-130nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管，其特
征在于，从二氧化硅层的表面开始计算，所述二氧化钒层的层厚为
80-150nm，优选为90-120nm，更优选为100nm。
6.权利要求1-5任一项所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管的制备方
法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)、将SiC基底在氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：张春伟，曾勇，宦海祥，张红蕾，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32