一种AlGaN/GaN基场效应晶体管及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【背景技术】
[0002]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.，et al Thermalmanagement of AlGaN-GaN HFETs on sapphire using flip-chip bonding with epoxyunderfill, IEEE Electron device letters，2003，24(6))。近来，在GaN基场效应管中米用高热导率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KYan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,Graphene quilts for thermal management of high-power GaN transistors,Naturecommunicat1ns,2012,3,1-8)。
[0003]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°C降低到160°C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°C，每升高1°C，可靠性下降5%)。
[0004]有鉴于此，特提出本发明。
【发明内容】
[0005]本发明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。
[0006]本发明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。
[0007]为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案:
[0008]—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；
[0009]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。
[0010]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，本发明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。
[0011 ]其中，本发明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。
[0012]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0.4-0.6口111，所述41631'1层的层厚为25-3511111，所述二氧化娃层的层厚为8-15]11]1。如411'1层的层厚可以为4511111、4811111、5011111、5211111、55111]1等等，GaN层的层厚可以为0.4μηι、0.5μηι、0.6μηι、0.55μηι等等，AlGaN层的层厚可以为25nm、28nm、30]1111、3211111、35111]1等等，二氧化娃层的层厚可以为811111、1011111、1211111、15111]1等等。
[0013]优选地，所述漏极与所述源极之间的距离为3_8μπι，如两者之间的距离可以为3μπι、5μπι、6μπι、8μπι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25-35醒，如镍层的厚度可以为25醒、2811111、3011111、35111]1等等；所述金层的厚度为45-5511111，如金层的厚度可以为45]1111、4811111、5011111、5211111、55111]1等等。
[0014]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娃层上依次设置钛层、招层、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、招层28nm、钛层18nm和金层85]1111;可以为钛层1011111、招层3011111、钛层20111]1和金层10011111;可以为钛层1211111、招层32nm、钛层21nm和金层10nm;可以为钛层15nm、招层35nm、钛层25nm和金层130nm;可以为钛层10nm、招层35nm、钛层18nm和金层130nm等等。
[0015]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，从二氧化娃层的表面开始计算，所述二氧化银层的层厚为80-150nm，更优选为90-120nm，更优选为I OOnm ο如二氧化f凡层的层厚的层厚可以为80nm、90nm、10nm、120nm、140nm、150nm等等。
[ΟΟ??]本发明提供的AlGaN/GaN基场效应晶体管可米用现有技术进彳丁制备，也可米用以下方法进行制备。
[0017]本发明还提供了所述的AlGaN/GaN基场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤:
[0018](a)、将SiC基底在氢气环境下加热以清洁基底表面；
[0019](b)、在所述基底表面沉积AlN层，然后再依次沉积GaN层和AlGaN层；
[0020](C)、在所述AlGaN层表面沉积二氧化硅薄膜，形成二氧化硅层；
[0021](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。
[0022]本发明提供的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将热量传递至热沉，从而达到快速散热的目的。该制备方法简单易行，易于工业化生产，且制得的AlGaN/GaN基场效应晶体管性能稳定，散热效果优异。
[0023]进一步地，在步骤(a)中，所述加热至1000-1200°C，如可加热至1000°C、1100°C、1200 °C等等。加热至1000-1200 °C后停留一段时间以清洁基底表面，停留的时间一般为15-30mino
[0024]进一步地，在步骤(b)中，所述AlN层通过以下方法制备:以三甲基铝和氨气作为生长源，分别以50-55μπιο1.min^,0.035-0.038mol.min—1流量通入金属有机物气相外延生长设备生长腔，沉积得到AlN层；
[0025]所述GaN层通过以下方法制备:分别以50-55ymol.min_1,0.035-0.038mol.min—1流量通入三甲基镓和氨气，在所述AlN层上沉积得到所述GaN层；
[0026]所述AlGaN层通过以体积比为0.15-0.25:0.7-0.9:1分别通入三甲基铝、三甲基镓以及氨气沉积而成。
[0027]其中，A1N层为氮化铝层的缩写，GaN层为