一种gan纵向逆导结场效应管
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，具体为一种gan纵向逆导结场效应管。
背景技术：2.结型场效应晶体管目前多采用氮化镓材质进行制造；氮化镓(gan)器件在功率电子器件领域有着广泛的应用前景；而目前所用的场效应管器件都是横向器件，整体器件都是基于gan材质基板的表面进行制造，当通电功率增加后，元件整体的散热以及通电工作效率会大幅度降低，且输电连接点位少，导致能承受的电流负载降低，输入端电流为整体集束式输入，瞬间电流涌入量大，晶圆负载过大，会导致晶圆过热，导致出现安全隐患，同时降低元件的性能，又不便于对电压以及电流进行控制，为此提出一种gan纵向逆导结场效应管。
技术实现要素：3.(一)解决的技术问题
4.针对现有技术的不足，本发明提供了一种gan纵向逆导结场效应管，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.(二)技术方案
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种gan纵向逆导结场效应管，包括晶体单管，所述晶体单管整体呈倒t型，由纵向晶体和底部的横向晶体一体式连接而成，所述纵向晶体的两侧均为倾斜面，整体截面呈梯形，所述纵向晶体的顶端外部电接触装设有接触电极，所述纵向晶体的左右两侧表面均贴设有栅极金属层，所述栅极金属层的外部覆盖有第一sio2层，所述第一sio2层以及接触电极的外部均一体式覆盖有源极金属层；
7.所述横向晶体的下部连接安装有接触板，所述接触板的下表面接触式铺设有缓冲层，所述缓冲层的下部装设有基材基底，所述基材基底的下部电接触连接有漏极金属层。
8.优选的，所述晶体单管由gan板材制成，且纵向晶体的横向宽度为200-250nm，侧面坡度为75-85
°
，横向晶体的厚度为5-7μm。
9.优选的，所述纵向晶体的底部侧壁与横向晶体的上表面均衬设有第二sio2层。
10.优选的，所述纵向晶体的顶端内还通过离子注入方式安装有晶体保护环。
11.优选的，所述栅极金属层与纵向晶体的侧壁之间还衬设有防护层，所述防护层由al2o3与甘油混合液组成。
12.优选的，所述接触板由掺杂硅颗粒的gan板材制成。
13.优选的，所述基材基底也由gan材质制成，且厚度为250-350μm。
14.优选的，所述防护层还包括：al2o3以及聚甘油混合体；所述al2o3以及聚甘油混合体制备包括：将al2o3作为载体，将甘油与中性溶液以及惰性气体混合；将甘油与中性溶液以及惰性气体混合包括：将占比为95％的以上甘油中性溶液汽化后与纯净惰性气体混合，获得甘油中性溶液惰性气体混合物；通过气压将甘油中性溶液惰性气体混合物充入装填有al2o3作为载体的预制反应器；该混合体再次加入设定量的纯净惰性气体，然后直接送入装
填有复合催化剂的催化反应器；复合催化剂及其组份包括：强碱15-20份∶强碱性金属1-5份∶氢碘酸1-10份；复合催化剂制备包括：强碱用去离子水配成溶液；强碱用去离子水配成溶液包括：用去离子水配成质量浓度30％～40％的强碱溶液；al2o3作为载体浸渍，烘干，焙烧，在纯净惰性气体下分批加入强碱性金属高温反应，冷却后再与氢碘酸高速混合；加入al2o3载体搅拌同时缓慢升温，直至蒸发烘干；在400～500℃下焙烧5-7小时，并在300～400℃以及纯净惰性气体保护下，分批加入强碱性金属反应1-3小时；在纯净惰性气体持续保护下冷却后，加入具有还原性的氢碘酸通过捣碎设备在1200-1500rpm高速混合得到al2o3作为载体的复合催化剂；甘油经催化氧化获得聚甘油，从而获得al2o3以及聚甘油混合体组成防护层。
15.优选的，所述接触板制备还包括：通过用于生长参杂缓冲n化物接触层的第一气相外延生长反应室内，在硅衬底上生成参杂缓冲n化物接触层，完成后取出，形成硅衬底参杂缓冲n化物模板；将上述备用的硅衬底参杂缓冲n化物模板放入专门用于生长gan板材的第二气相外延生长反应室内外延gan板材，完成后取出，形成硅衬底gan板材；先在第一气相外延生长反应室内，清除硅衬底上的有机污染物和吸附的氧原子，然后再进行参杂缓冲n化物缓冲层的生长；所述在硅衬底上生成参杂缓冲n化物接触层的过程包括：先通入有机金属铝源在硅衬底上铺铝，在硅表面均匀沉淀一层铝金属，同时通入铝源和氨气进行反应，在硅衬底上沉淀生成参杂缓冲n化物接触层；经过参杂缓冲n化物缓冲层的生长，获得掺杂硅颗粒的gan板材制成接触板。
16.(三)有益效果
17.与现有技术相比，本发明提供了一种gan纵向逆导结场效应管，具备以下有益效果：
18.1、本发明采用纵向方式对gan晶圆进行制造，在工作状态下，电流会从纵向器件的一侧表面流入，再从另一侧表面流出，能够预留出更多空间进行输入、输出线的连接，即提高了设备的电流负载；
19.2、本发明多组晶体单管实现组合安装，形成规则的、鳞状的晶圆组，纵向晶体的限定宽度仅为200-250nm，即控制多组、分散式的极小电流流经整个半导体晶圆，方便对电压以及电流的控制。
附图说明
20.图1为本发明一种gan纵向逆导结场效应管的结构示意图；
21.图2为本发明一种gan纵向逆导结场效应管的组合状态下结构示意图；
22.图3为本发明一种gan纵向逆导结场效应管的倾斜侧面坡度制备示意图。
23.图中：1、晶体单管；2、接触电极；3、栅极金属层；4、第一sio2层；5、源极金属层；6、接触板；7、缓冲层；8、基材基底；9、漏极金属层；10、第二sio2层；11、纵向晶体；12、横向晶体；13、晶体保护环；14、防护层。
具体实施方式
24.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.本发明提供一个技术方案，一种gan纵向逆导结场效应管，如图1、2和3所示，包括晶体单管1、接触电极2、栅极金属层3、第一sio2层4、源极金属层5、接触板6、缓冲层7、基材基底8、漏极金属层9、第二sio2层10、纵向晶体11、横向晶体12、晶体保护环13和防护层14，晶体单管1整体呈倒t型，由纵向晶体11和底部的横向晶体12一体式连接而成，纵向晶体11的两侧均为倾斜面，整体截面呈梯形，工作状态下，多组晶体单管1实现组合安装，形成规则的、鳞状的晶圆组，纵向晶体11的顶端外部电接触装设有接触电极2，纵向晶体11的左右两侧表面均贴设有栅极金属层3，栅极金属层3的外部覆盖有第一sio2层4，第一sio2层4以及接触电极2的外部均一体式覆盖有源极金属层5；
26.横向晶体12的下部连接安装有接触板6，接触板6的下表面接触式铺设有缓冲层7，缓冲层7的下部装设有基材基底8，基材基底8的下部电接触连接有漏极金属层9。
27.晶体单管1由gan板材制成，且纵向晶体11的横向宽度为200-250nm，侧面坡度为75-85
°
，梯形结构提高元件的整体抗压能力，横向晶体12的厚度为5-7μm，纵向晶体11的限定宽度仅为200-250nm，即控制极小电流流经整个半导体晶圆，方便对电压以及电流的控制；侧面坡度的制备方法包括：进行表面洁净底膜处理；在衬底上淀积晶体薄膜，晶体薄膜厚度设为h，h包括纵向晶体11的厚度和横向晶体12的厚度，由纵向晶体11的横向宽度为200-250nm，侧面坡度设为角度a，与侧面坡度平行斜面设为l；通过三角函数运算可计算出纵向晶体11的厚度设为h包括h＝tan(a)*(250nm-200nm)/2；采用设定烘干温度对淀积有晶体薄膜的衬底进行烘干，烘干表面水汽；在烘干后的衬底表面涂上一层增黏粘接剂；将衬底硅片放在表面有小孔与真空管相连真空吸附硅片的真空吸附金属托盘上与真空吸附金属托盘一起高速旋转涂光刻胶；旋转涂光刻胶转速与设定光刻胶厚度相匹配，设定光刻胶厚度包括光刻胶厚度等于纵向晶体11的厚度h，光刻胶边缘倾斜角度与l倾斜角度相等；进行前烘和曝光以及显影获得光刻胶掩模，并对光刻胶掩模在设定的温度下进行烘焙热处理，然后进行光学稳定处理，除去残余溶剂，增强光刻胶的抗蚀性能和保护性能；经过氧等离子体的灰化后通过湿法除去；光刻胶掩模边缘与侧面坡度同向角度一致，刻蚀过程晶体形成角度与侧面坡度a保持一致；从而得到侧面坡度的晶体结构。
28.纵向晶体11的底部侧壁与横向晶体12的上表面均衬设有第二sio2层10。
29.纵向晶体11的顶端内还通过离子注入方式安装有晶体保护环13，能够有效对晶体进行保护。
30.计算纵向晶体11的顶端内离子注入浓度分布值，计算公式如下：
[0031][0032]
其中，nt(dhp)表示纵向晶体11的顶端内离子注入浓度分布值，jrs表示入射离子剂量值，δwp表示入射离子在非晶靶中的浓度值，p表示平均投影射程值，d表示入射离子离开靶面的距离值，π表示圆周率，h表示纵向晶体11的厚度值，exp表示自然对数e的指数式；通过计算纵向晶体11的顶端内离子注入浓度分布，获得在给定时刻纵向晶体11的顶端区域内，离子注入浓度随位置的变化；可以更准确的控制离子注入浓度分布，进一步提高保护效
果。
[0033]
栅极金属层3与纵向晶体11的侧壁之间还衬设有防护层14，防护层14由al2o3与甘油混合液组成，进一步提高设备的抗压能力。
[0034]
接触板6由掺杂硅颗粒的gan板材制成，提高设备的通电过流效率。
[0035]
基材基底8也由gan材质制成，且厚度为250-350μm。
[0036]
防护层14还包括：al2o3以及聚甘油混合体；所述al2o3以及聚甘油混合体制备包括：将al2o3作为载体，将甘油与中性溶液以及惰性气体混合；将甘油与中性溶液以及惰性气体混合包括：将占比为95％的以上甘油中性溶液汽化后与纯净惰性气体混合，获得甘油中性溶液惰性气体混合物；通过气压将甘油中性溶液惰性气体混合物充入装填有al2o3作为载体的预制反应器；该混合体再次加入设定量的纯净惰性气体，然后直接送入装填有复合催化剂的催化反应器；复合催化剂及其组份包括：强碱15-20份∶强碱性金属1-5份∶氢碘酸1-10份；复合催化剂制备包括：强碱用去离子水配成溶液；强碱用去离子水配成溶液包括：用去离子水配成质量浓度30％～40％的强碱溶液；al2o3作为载体浸渍，烘干，焙烧，在纯净惰性气体下分批加入强碱性金属高温反应，冷却后再与氢碘酸高速混合；加入al2o3载体搅拌同时缓慢升温，直至蒸发烘干；在400～500℃下焙烧5-7小时，并在300～400℃以及纯净惰性气体保护下，分批加入强碱性金属反应1-3小时；在纯净惰性气体持续保护下冷却后，加入具有还原性的氢碘酸通过捣碎设备在1200-1500rpm高速混合得到al2o3作为载体的复合催化剂；甘油经催化氧化获得聚甘油，从而获得al2o3以及聚甘油混合体组成防护层14；进一步提高了防护层防护效果。
[0037]
接触板6制备还包括：通过用于生长参杂缓冲n化物接触层的第一气相外延生长反应室内，在硅衬底上生成参杂缓冲n化物接触层，完成后取出，形成硅衬底参杂缓冲n化物模板；将上述备用的硅衬底参杂缓冲n化物模板放入专门用于生长gan板材的第二气相外延生长反应室内外延gan板材，完成后取出，形成硅衬底gan板材；先在第一气相外延生长反应室内，清除硅衬底上的有机污染物和吸附的氧原子，然后再进行参杂缓冲n化物缓冲层的生长；所述在硅衬底上生成参杂缓冲n化物接触层的过程包括：先通入有机金属铝源在硅衬底上铺铝，在硅表面均匀沉淀一层铝金属，同时通入铝源和氨气进行反应，在硅衬底上沉淀生成参杂缓冲n化物接触层；经过参杂缓冲n化物缓冲层的生长，获得掺杂硅颗粒的gan板材制成接触板6；掺杂硅颗粒的gan板使用寿命更长性能更好。
[0038]
本场效应管整体导电流部分均由gan材质制成，氮化镓(gan)器件具有更高耐压，更快的开关频率，更小导通电阻等诸多优异的特性，在功率电子器件领域有着广泛的应用前景。
[0039]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0040]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：1.一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：包括晶体单管(1)，所述晶体单管(1)整体呈倒t型，由纵向晶体(11)和底部的横向晶体(12)一体式连接而成，所述纵向晶体(11)的两侧均为倾斜面，整体截面呈梯形，所述纵向晶体(11)的顶端外部电接触装设有接触电极(2)，所述纵向晶体(11)的左右两侧表面均贴设有栅极金属层(3)，所述栅极金属层(3)的外部覆盖有第一sio2层(4)，所述第一sio2层(4)以及接触电极(2)的外部均一体式覆盖有源极金属层(5)；所述横向晶体(12)的下部连接安装有接触板(6)，所述接触板(6)的下表面接触式铺设有缓冲层(7)，所述缓冲层(7)的下部装设有基材基底(8)，所述基材基底(8)的下部电接触连接有漏极金属层(9)。2.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述晶体单管(1)由gan板材制成，且纵向晶体(11)的横向宽度为200-250nm，侧面坡度为75-85
°
，横向晶体(12)的厚度为5-7μm。3.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述纵向晶体(11)的底部侧壁与横向晶体(12)的上表面均衬设有第二sio2层(10)。4.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述纵向晶体(11)的顶端内还通过离子注入方式安装有晶体保护环(13)。5.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述栅极金属层(3)与纵向晶体(11)的侧壁之间还衬设有防护层(14)，所述防护层(14)由al2o3与甘油混合液组成。6.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述接触板(6)由掺杂硅颗粒的gan板材制成。7.根据权利要求1所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述基材基底(8)也由gan材质制成，且厚度为250-350μm。8.根据权利要求5所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述防护层(14)还包括：al2o3以及聚甘油混合体；所述al2o3以及聚甘油混合体制备包括：将al2o3作为载体，将甘油与中性溶液以及惰性气体混合；将甘油与中性溶液以及惰性气体混合包括：将占比为95％的以上甘油中性溶液汽化后与纯净惰性气体混合，获得甘油中性溶液惰性气体混合物；通过气压将甘油中性溶液惰性气体混合物充入装填有al2o3作为载体的预制反应器；该混合体再次加入设定量的纯净惰性气体，然后直接送入装填有复合催化剂的催化反应器；复合催化剂及其组份包括：强碱15-20份∶强碱性金属1-5份∶氢碘酸1-10份；复合催化剂制备包括：强碱用去离子水配成溶液；强碱用去离子水配成溶液包括：用去离子水配成质量浓度30％～40％的强碱溶液；al2o3作为载体浸渍，烘干，焙烧，在纯净惰性气体下分批加入强碱性金属高温反应，冷却后再与氢碘酸高速混合；加入al2o3载体搅拌同时缓慢升温，直至蒸发烘干；在400～500℃下焙烧5-7小时，并在300～400℃以及纯净惰性气体保护下，分批加入强碱性金属反应1-3小时；在纯净惰性气体持续保护下冷却后，加入具有还原性的氢碘酸通过捣碎设备在1200-1500rpm高速混合得到al2o3作为载体的复合催化剂；甘油经催化氧化获得聚甘油，从而获得al2o3以及聚甘油混合体组成防护层(14)。9.根据权利要求6所述的一种gan纵向逆导结场效应管，其特征在于：所述接触板(6)制备还包括：通过用于生长参杂缓冲n化物接触层的第一气相外延生长反应室内，在硅衬底上
生成参杂缓冲n化物接触层，完成后取出，形成硅衬底参杂缓冲n化物模板；将上述备用的硅衬底参杂缓冲n化物模板放入专门用于生长gan板材的第二气相外延生长反应室内外延gan板材，完成后取出，形成硅衬底gan板材；先在第一气相外延生长反应室内，清除硅衬底上的有机污染物和吸附的氧原子，然后再进行参杂缓冲n化物缓冲层的生长；所述在硅衬底上生成参杂缓冲n化物接触层的过程包括：先通入有机金属铝源在硅衬底上铺铝，在硅表面均匀沉淀一层铝金属，同时通入铝源和氨气进行反应，在硅衬底上沉淀生成参杂缓冲n化物接触层；经过参杂缓冲n化物缓冲层的生长，获得掺杂硅颗粒的gan板材制成接触板(6)。
技术总结本发明涉及半导体技术领域，且公开了一种GaN纵向逆导结场效应管，包括晶体单管，所述晶体单管整体呈倒T型，由纵向晶体和底部的横向晶体一体式连接而成；所述横向晶体的下部连接安装有接触板，所述接触板的下表面接触式铺设有缓冲层，所述缓冲层的下部装设有基材基底，所述基材基底的下部电接触连接有漏极金属层；采用纵向方式对GaN晶圆进行制造，电流会从纵向器件的一侧表面流入，再从另一侧表面流出，能够预留出更多空间进行输入、输出线的连接，即提高了设备的电流负载；多组晶体单管形成规则的、鳞状的晶圆组，纵向晶体的限定宽度仅为200-250nm，即控制多组、分散式的极小电流流经整个半导体晶圆，方便对电压以及电流的控制。方便对电压以及电流的控制。方便对电压以及电流的控制。
技术研发人员：赵喜高
受保护的技术使用者：广东可易亚半导体科技有限公司
技术研发日：2022.03.28
技术公布日：2022/7/5
