本發(fā)明屬于場效應(yīng)晶體管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)：

碳化硅(SiC)由于其具有的寬禁帶寬度、高臨界電場、高飽和漂移速度和高熱導(dǎo)率等優(yōu)良的電學(xué)性能吸引了人們的注意，成為第三代半導(dǎo)體材料。這些優(yōu)良特性使碳化硅(SiC)常常應(yīng)用于高壓、高溫、高頻、大功率等工作條件下。SiC在微波功率器件，尤其是金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MESFET)的應(yīng)用中占有主要地位，已成為近年來微波功率器件領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點。

在微波頻段的功率器件中，4H-SiC MESFET有著極大的飽和漏極輸出電流和擊穿電壓。目前，針對4H-SiC MESFET器件進行的改進主要是在傳統(tǒng)4H-SiC MESFET的幾何形狀上，對柵、溝道區(qū)、漂移區(qū)等進行結(jié)構(gòu)改進。但由于傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)的局限性，器件受到飽和漏電流和擊穿電壓均衡的限制，在保證器件電流較大的條件下，則必須犧牲器件相關(guān)的擊穿特性換取更大的飽和漏極電流。

大多數(shù)文獻致力于雙凹陷4H-SiC MESFET結(jié)構(gòu)的研究及在此結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行改進。該結(jié)構(gòu)從下至上由4H-SiC半絕緣襯底、P型緩沖層、N型溝道層和N+帽層堆疊而成，以該堆疊層為基礎(chǔ)，刻蝕N+帽層后形成凹陷的N型溝道層，柵的源側(cè)一半長度向N型溝道層內(nèi)凹陷形成凹柵結(jié)構(gòu)，凹陷的N型溝道層可通過反應(yīng)離子刻蝕RIE技術(shù)完成。

中國專利(申請?zhí)?01410181931.6)公開了4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，但是其結(jié)構(gòu)在提高擊穿電壓的同時對飽和漏電流的影響較大。

中國專利(申請?zhí)?01510001340.0)公開了一種具有雙凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，但是其結(jié)構(gòu)主要在于改進器件的直流特性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是要提供一種使擊穿電壓和柵極跨導(dǎo)得到提高的具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，從而提高器件輸出功率密度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術(shù)方案：

一種具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，自下而上包括4H-SiC半絕緣襯底(1)、P型緩沖層(2)、N型溝道層(3)，N型溝道層(3)的兩側(cè)分別為源極帽層(4)和漏極帽層(5)，源極帽層(4)和漏極帽層(5)表面分別是源電極(6)和漏電極(7)，N型溝道層(3)上方且靠近源極帽層的一側(cè)形成柵電極(8)，所述緩沖層的上端面在柵電極及柵源下方設(shè)有第一緩沖層凹陷區(qū)(9)，在柵漏下方靠近柵極的一側(cè)設(shè)有第二緩沖層凹陷區(qū)(10)，在柵漏下方靠近漏極帽層的一側(cè)設(shè)有第三緩沖層凹陷區(qū)(11)。

進一步的，所述P型緩沖層(2)的深度為0.6μm，第一緩沖層凹陷區(qū)(9)、第二緩沖層凹陷區(qū)(10)、第三緩沖層凹陷區(qū)(11)的深度為0.1-0.2μm。

進一步的，所述P型緩沖層(2)的深度為0.65μm，第一緩沖層凹陷區(qū)(9)、第二緩沖層凹陷區(qū)(10)、第三緩沖層凹陷區(qū)(11)的深度均為0.15μm。

進一步的，所述第一緩沖層凹陷區(qū)(9)以源極帽層里側(cè)為起點，長度為1.2μm，第二緩沖層凹陷區(qū)(10)以距源極帽層里側(cè)1.4μm的位置為起點，長度為0.1μm，第三緩沖層凹陷區(qū)(11)以距源極帽層里側(cè)1.7μm的位置為起點，長度為0.5μm。

本發(fā)明公開的一種具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，具有以下有益效果：

1.擊穿電壓提高。想要提升器件輸出功率密度，就要求器件能在保持大的飽和電流密度的情況下具有高的擊穿電壓，器件的擊穿發(fā)生在柵的漏側(cè)邊緣，多凹陷緩沖層的引入使漏側(cè)漂移區(qū)產(chǎn)生更大的耗盡層，進而產(chǎn)生了新的電場峰，緩解了柵極漏側(cè)的電場強度，提高了擊穿電壓。

2.柵極跨導(dǎo)提高。緩沖層凹陷后在柵漏側(cè)產(chǎn)生的兩個未凹陷的P型緩沖層塊具有輔助柵對溝道耗盡的作用，因此增強了柵極電壓對溝道電流的控制能力，使跨導(dǎo)增大。

3.相比于具有橫向PN結(jié)的4H-SiC MESFET(申請?zhí)枺?01410181931.6)，此結(jié)構(gòu)的直流特性得到進一步提升。由于此結(jié)構(gòu)主要為針對緩沖層的改進，其中緩沖層濃度較溝道濃度低于兩個數(shù)量級，且靠近溝道頂部的電流密度比溝道底部電流密度大，即溝道頂部對飽和漏電流的影響更大，因此區(qū)域(10)形成的結(jié)構(gòu)在提高擊穿電壓的同時對飽和漏電流的影響較小。即相比于針對溝道頂部進行改進的具有反偏pn結(jié)的器件結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)具有更高的飽和漏電流及更大的擊穿電壓。

4.相比于具有雙凹陷緩沖層4H-SiC MESFET(申請?zhí)枺?01510001340.0)，

此結(jié)構(gòu)主要改進了器件的直流特性，而雙凹陷緩沖層主要是對器件的交流特性進行改進。

附圖說明

圖一為本發(fā)明具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖所示：1為4H-SiC半絕緣襯底，2為P型緩沖層，3為N型溝道層，4為源極帽層，5為漏極帽層，6為源電極，7為漏電極，8為柵電極,9為第一緩沖層凹陷區(qū)，10為第二緩沖層凹陷區(qū)，11為第三緩沖層凹陷區(qū)。

具體實施方式

下面將對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的核心是提供一種使擊穿電壓和柵極跨導(dǎo)得到提高的具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，從而提高器件輸出功率密度。

請參見圖1。

實施例1

一種具有多凹陷緩沖層的4H-SiC金屬半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，自下而上包括4H-SiC半絕緣襯底(1)、P型緩沖層(2)、N型溝道層(3)，N型溝道層(3)的兩側(cè)分別為源極帽層(4)和漏極帽層(5)，源極帽層(4)和漏極帽層(5)表面分別是源電極(6)和漏電極(7)，N型溝道層(3)上方且靠近源極帽層的一側(cè)形成柵電極(8)，所述緩沖層的上端面在柵電極及柵源下方設(shè)有第一緩沖層凹陷區(qū)(9)，在柵漏下方靠近柵極的一側(cè)設(shè)有第二緩沖層凹陷區(qū)(10)，在柵漏下方靠近漏極帽層的一側(cè)設(shè)有第三緩沖層凹陷區(qū)(11)。

實施例2

本實施例中，所述P型緩沖層(2)的深度為0.65μm，第一緩沖層凹陷區(qū)(9)、第二緩沖層凹陷區(qū)(10)、第三緩沖層凹陷區(qū)(11)的深度均為0.15μm。

本實施例的其余技術(shù)方案與實施例1一致。

實施例3

本實施例中，所述P型緩沖層(2)的深度為0.6μm，第一緩沖層凹陷區(qū)(9)、第二緩沖層凹陷區(qū)(10)、第三緩沖層凹陷區(qū)(11)的深度均為0.1μm。

本實施例的其余技術(shù)方案與實施例1一致。

實施例4

本實施例中，所述P型緩沖層(2)的深度為0.7μm，第一緩沖層凹陷區(qū)(9)、第二緩沖層凹陷區(qū)(10)、第三緩沖層凹陷區(qū)(11)的深度均為0.2μm。

本實施例的其余技術(shù)方案與實施例1一致。

實施例5

本實施例中，所述第一緩沖層凹陷區(qū)(9)以源極帽層里側(cè)為起點，長度為1.2μm，第二緩沖層凹陷區(qū)(10)以距源極帽層里側(cè)1.4μm的位置為起點，長度為0.1μm，第三緩沖層凹陷區(qū)(11)以距源極帽層里側(cè)1.7μm的位置為起點，長度為0.5μm。

本實施例的其余技術(shù)方案與實施例2、3或4一致。

相比背景技術(shù)中介紹的內(nèi)容，本發(fā)明擊穿電壓被顯著提高提高。想要提升器件輸出功率密度，就要求器件能在保持大的飽和電流密度的情況下具有高的擊穿電壓，器件的擊穿發(fā)生在柵的漏側(cè)邊緣，多凹陷緩沖層的引入使漏側(cè)漂移區(qū)產(chǎn)生更大的耗盡層，進而產(chǎn)生了新的電場峰，緩解了柵極漏側(cè)的電場強度，提高了擊穿電壓。本發(fā)明柵極跨導(dǎo)顯著提高。緩沖層凹陷后在柵漏側(cè)產(chǎn)生的兩個未凹陷的P型緩沖層塊具有輔助柵對溝道耗盡的作用，因此增強了柵極電壓對溝道電流的控制能力，使跨導(dǎo)增大。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而非對其限制；應(yīng)當指出，盡管參照上述各實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g(shù)特征進行等同替換；而這些修改和替換，并不使相應(yīng)的技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。