【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子器件，更具体地，涉及一种tmbs结构及其制备方法。
技术介绍
1、随着消费电子市场对功率电子器件性能要求越来越高，氮化镓(gan)功率器件得以崭露头角，伴随着gan快充在消费电子市场的快速普及，进一步促进了gan基功率电子在应用市场的发展，并逐渐取代以si(硅)材料为基底的器件。gan基肖特基势垒二极管(sbd，schottky barrier diode)凭借着不存在少子寄生效应，具有低开启电压(von)和高开关频率的优势，从而迅速引起了研究人员的青睐。
2、然而，对于传统的sbd结构来说，在高的外置反向电压下，内部电场呈三角形分布，最强电场出现在金半接触界面，由镜像力和界面态引起的肖特基势垒降低效应会显著提升器件的漏电流，并造成器件过早击穿。因此，为了获得高性能的gan基sbd，即低的漏电流和高的击穿电压，需要提出新型结构。其中，最具有代表性的新型结构是结势垒肖特基二极管(jbs，junction barrier schottky)和沟槽mos型势垒肖特基二极管(tmbs，trench mosbarrier schottky)，这两种结构都是利用电荷耦合效应来减小肖特基接触界面的强电场，从而提升击穿电压。
3、然而，一方面，对于宽禁带gan半导体，p型掺杂杂质激活率低和激活退火温度高等问题限制了gan基jbs器件的发展；另一方面，tmbs器件结构因无需额外的p型掺杂可以很好地规避jbs结构的缺点，但沟槽拐角处电场增强成为了限制其结构获得理想击穿特性的主要因素；此外，相对于传统平面
4、综上所述，获得具有优异的正向导通特性、反向截止特性以及高可靠性的gan基tmbs依然是急需解决的关键技术问题。
技术实现思路
1、本专利技术为克服上述现有技术所述的无法同时兼顾正向导通特性、反向截止特性以及可靠性的缺陷，提供一种tmbs结构及其制备方法。
2、为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
3、第一方面，一种tmbs结构，沿外延生长方向依次包括：底部欧姆接触电极、n+衬底、n+缓冲层、n-漂移层；
4、其中，所述n-漂移层的左右两侧为介电调控场板终端，所述介电调控场板终端为多层结构，且沿外延方向介电常数依次增大，厚度沿外延方向依次减薄；所述n-漂移层上阵列分布有凸起结构，凸起结构为中间凸起的一阶台阶结构，凸起部分的所述n-漂移层上覆盖有肖特基接触电极；非凸起部分的所述n-漂移层的上表面和介电调控场板终端的上表面内侧覆盖有p型层，所述p型层上表面的内侧和外侧部分覆盖有场板介质层，所述n-漂移层凸起部分的侧壁也覆盖有所述场板介质层；所述介电调控场板终端的上表面外侧、所述p型层的部分上表面、所述场板介质层的外表面以及所述肖特基接触电极的外表面覆盖有场板金属电极。
5、第二方面，一种tmbs结构的制备方法，包括：
6、提供n+衬底，在金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，对n+衬底进行高温热处理，去除附着在n+衬底表面的杂质；
7、在金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，在去除杂质后的所述n+衬底的表面上外延生长n+缓冲层；
8、在金属有机化合物化学气相沉淀反应炉中，在所述n+缓冲层表面上外延生长n-漂移层；
9、将生长有n-漂移层的外延片放入有机溶剂中清洗，然后用去离子水冲洗并用氮气吹干；
10、将吹干后的外延片放入电子束蒸发台中，在所述n+衬底背面蒸镀金属层，然后在n2环境中进行快速热退火处理，最终在所述n+衬底背面形成底部欧姆接触电极；
11、在形成所述底部欧姆接触电极的外延片的上表面涂覆光刻胶，经过曝光、显影以及icp多步刻蚀后形成阶梯型n-漂移层；
12、将经过icp多步刻蚀后的外延片浸没于氢氧化钠(naoh)水溶液中至少30min，以修复gan表面因干法刻蚀造成的缺陷和损伤；
13、将修复后的外延片放置pecvd(等离子增强型化学气相淀积炉)中，依次利用pecvd生长多层结构的介电调控场板终端；
14、将生长有所述介电调控场板终端的外延片与固体柱nio(氧化镍)靶材放入磁控溅射设备中，在所述n-漂移层第一台阶上表面和所述介电调控场板终端部分上表面选区磁控溅射生长p型层；
15、将生长有p型层的外延片放置到等离子增强型化学气相淀积炉(pecvd)中，在外延层表面淀积一层al2o3层；
16、经过曝光、显影以及多步icp刻蚀后，暴露出所述介电调控场板终端的上表面外侧、所述p型层的部分上表面，以及肖特基接触电极接触窗口；
17、经刻蚀工艺后，在器件的上表面涂覆光刻胶，经过曝光、显影后，在n-漂移层蒸镀所述肖特基接触电极；
18、在器件的上表面蒸镀场板金属电极，形成所述tmbs结构。
19、与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：
20、一方面，所述tmbs结构在器件正偏时，p型层/n-漂移层处于正向导通状态，两侧的p型层能有效地帮助电流向两边扩展，从而很好地解决传统sbd器件台面拐角处的电流拥挤问题；与此同时，由于电导调制效应的存在，当器件外加正向偏压时，能够改善器件的正向特性，即本专利技术所提结构能有效地减小器件的正向导通电阻，相比于传统的tmbs结构，本专利技术拥有更大的正向电流密度。另一方面，在器件外加反向偏压时，首先p型层/n-漂移层处于反向截止状态，可以有效承担电场；此外，阶梯型的介电调控场板终端中具有低介电常数的介质层可以较大程度地分担电场，具有高介电常数的介质层可以有效地拓展台面拐角位置的耗尽区，从而显著地减小台面拐角位置的强电场，进而减小漏电流以及缺陷辅助隧穿电流等，最终提高器件的击穿电压。相较于现有技术，本专利技术所述tmbs结构具有优异的正向导通特性、反向截止特性以及高可靠性。
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1.一种TMBS结构，其特征在于，所述结构沿外延生长方向依次包括：底部欧姆接触电极(1)、N+衬底(2)、N+缓冲层(3)、N-漂移层(4)；
2.根据权利要求1所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述介电调控场板终端包括第一层介电调控场板介质层(5)、第二层介电调控场板介质层(6)和第三层介电调控场板介质层(7)，所述第一层介电调控场板介质层(5)、所述第二层介电调控场板介质层(6)与所述第三层介电调控场板介质层(7)的介电常数依次增大；所述第三层介电调控场板介质层(7)的上表面外侧覆盖有所述场板金属电极(8)。
3.根据权利要求2所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述第一层介电调控场板介质层(5)的材料包括Al2O3、HfO2及Ta2O5中的任一种；所述第二层介电调控场板介质层(6)的材料为SiN、Al2O3、HfO2中的任一种；所述第三层介电调控场板介质层(7)的材料为SiN和SiO2中的任一种。
4.根据权利要求2所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述第一层介电调控场板介质层(5)的厚度为0.5μm-5μm，所述第二层介电调控场板介
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述介电调控场板终端在所述N+缓冲层(3)上表面上的投影面积占所述N+缓冲层(3)的上表面面积的60％-80％。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述场板金属电极(8)在所述介电调控场板终端上表面上的投影面积占所述介电调控场板终端的上表面面积的40％-55％。
7.根据权利要求1-4任一项所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述p型层(9)的材料为p-NiOx，位于介电调控场板介质层(7)和非凸起部分的N-漂移层(4)上表面；所述p型层(9)在所述介电调控场板终端上表面上的投影面积占介电调控场板终端上表面面积的45％-60％；所述p型层(9)在非凸起部分的N-漂移层(4)上的投影面积占非凸起部分的N-漂移层(4)面积的68％-78％。
8.根据权利要求1-4任一项所述的一种TMBS结构，其特征在于，所述场板金属电极(8)在所述p型层(9)上的投影面积占所述p型层(9)上表面面积的38％-65％。
9.根据权利要求1-4任一项所述的一种TMBS结构，其特征在于，包括以下至少之一：
10.一种TMBS结构的制备方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种tmbs结构，其特征在于，所述结构沿外延生长方向依次包括：底部欧姆接触电极(1)、n+衬底(2)、n+缓冲层(3)、n-漂移层(4)；
2.根据权利要求1所述的一种tmbs结构，其特征在于，所述介电调控场板终端包括第一层介电调控场板介质层(5)、第二层介电调控场板介质层(6)和第三层介电调控场板介质层(7)，所述第一层介电调控场板介质层(5)、所述第二层介电调控场板介质层(6)与所述第三层介电调控场板介质层(7)的介电常数依次增大；所述第三层介电调控场板介质层(7)的上表面外侧覆盖有所述场板金属电极(8)。
3.根据权利要求2所述的一种tmbs结构，其特征在于，所述第一层介电调控场板介质层(5)的材料包括al2o3、hfo2及ta2o5中的任一种；所述第二层介电调控场板介质层(6)的材料为sin、al2o3、hfo2中的任一种；所述第三层介电调控场板介质层(7)的材料为sin和sio2中的任一种。
4.根据权利要求2所述的一种tmbs结构，其特征在于，所述第一层介电调控场板介质层(5)的厚度为0.5μm-5μm，所述第二层介电调控场板介质层(6)的厚度为0.1μm-3μm，所述第三层介电调控场板介质层(7)的厚度为0.05μm-2μm。
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