The invention relates to the technical field of semiconductor device integration, more specifically to a sensor for in-situ detecting the working temperature of GaN-based power devices in high temperature environment and a preparation method thereof. A sensor for in-situ detection of the working temperature of GaN-based power devices in high temperature environments is described. The sensor consists of a substrate, a stress buffer layer, a GaN buffer layer, a GaN channel layer, an AlGaN barrier layer, a source and drain formed at both ends of the power device and a cathode formed at one end of the diode, and a gate formed at the grid region of the power device. The other end of the diode forms an anode. The device structure and preparation process of the invention are simple. Using the linear relationship between diode current and voltage and temperature, the diode temperature variation can be calculated according to the change of current or voltage under the constant voltage model or the constant current model. The diode and the power device have the similar temperature, which can monitor the temperature of the power device in situ without affecting the normal operation of the power device.
【技术实现步骤摘要】
一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件集成的
,更具体地,涉及一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器及其制备方法;具体涉及到二极管与GaN基功率器件的集成,利用二极管的电流电压与温度的线性关系,实现高灵敏度的原位监测功率器件工作温度。
技术介绍
随着电子设备及信息通讯领域等高新科技的迅速发展,功率电子器件性能提升面临巨大挑战,传统Si器件系统功率密度增长出现饱和趋势。GaN材料作为第三代半导体材料的代表。其具有禁带宽度大、热导率高、击穿电场强、饱和漂移速度大及化学稳定性好等特点。并且GaN基功率电子器件凭借AlGaN/GaN异质结界面高浓度、高迁移率的二维电子气,具有导通电阻小、开关速度快等优势,因此GaN基功率电子器件在发展高温、高频、高耐压能力的大功率开关器件领域占据绝对优势。尽管GaN材料具有优异的特性使得GaN基功率电子器件在高温、高频、高压领域占据优势,但是GaN基功率电子器件长时间工作在高温条件下仍然会劣化器件性能,比如导通电阻增加,器件漏电增大,甚至会使得器件材料中产生新的缺陷, ...
【技术保护点】
1.一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于,从下往上依次包括衬底(1),应力缓冲层(2),GaN缓冲层(3),GaN沟道层(4),AlGaN势垒层(5),功率器件两端形成源极(6)和漏极(7)以及二极管的一端形成阴极(8),功率器件栅极区域形成栅极(9)以及二极管另一端形成阳极(10)。
【技术特征摘要】
1.一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于,从下往上依次包括衬底(1),应力缓冲层(2),GaN缓冲层(3),GaN沟道层(4),AlGaN势垒层(5),功率器件两端形成源极(6)和漏极(7)以及二极管的一端形成阴极(8),功率器件栅极区域形成栅极(9)以及二极管另一端形成阳极(10)。2.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的与功率器件相集成的二极管采用肖特基二极管或采用PN结二极管。3.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的衬底(1)为硅衬底、蓝宝石衬底、碳化硅衬底、氮化镓自支撑衬底中的任一种。4.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的应力缓冲层(2)为AlN、AlGaN、GaN的任一种或组合;应力缓冲层厚度为10nm~5μm。5.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的外延GaN缓冲层(3)为非故意掺杂的GaN外延层或掺杂的高阻GaN外延层,所述掺杂高阻层的掺杂元素为碳或铁;GaN缓冲层厚度为100nm~20μm。6.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的GaN沟道层(4)为非故意掺杂的GaN外延层,GaN沟道层厚度为10nm~5μm。7.根据权利要求1所述的一种高温环境原位探测GaN基功率器件工作温度的传感器,其特征在于:所述的AlGaN势垒层(5)与GaN沟道层(4)形成AlGaN/GaN异质结,AlGaN势垒层厚度为5nm~100nm;AlGaN势垒层材料还为AlInN...
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