[发明专利]电子元件

说明书

现有技术

本发明涉及根据权利要求1前序部分所述的一种电子元件。

在由半导体材料构成的衬底上具有金属层的电子元件比如是半导体晶体管。该金属层在此比如是该半导体晶体管的电极。

作为用于该金属层的金属比如使用了铂或钯。其通常或者直接被沉积在该半导体材料的表面上、或者沉积在该半导体材料上的电绝缘层上。通常的半导体材料比如是氮化镓。但是如果该电子元件在高于350℃的温度中被使用，那么该电子元件的特性可能不可逆转地恶化。这比如是因为该金属层的金属扩散或迁移到该电绝缘层中或该半导体材料中。在晶体管的情况中，金属扩散或迁移可导致沟道阻抗的改变，但还导致栅极泄漏电流的急剧提高。还已知的是，具有高栅极泄漏电流的半导体晶体管比具有低栅极电流的电子元件明显更快速地退化。这是导致，促进该金属层的铂通过电迁移进入到该半导体中。

利用氮化镓作为半导体材料的电子元件比如是大功率的以及高频的场效应晶体管以及在光电技术中所应用的蓝色、白色和绿色LED。由于氮化镓的3.4eV的大带隙以及晶体热稳定性，基于此的元件原则上适于直至大约700℃的运行温度。

一种化学敏感的场效应晶体管比如在US 4437969中被公开。其中在一个层结构中构造了电极。该场效应晶体管在中温的流体介质中被驱动。为了避免该流体介质中的离子可能扩散到该半导体衬底中，在该衬底与该金属层之间构造了一个离子扩散屏障。但是，通过该离子扩散屏障没有避免在高温下该金属层的金属可能扩散到该半导体衬底中。

本发明的公开

本发明的优点

在根据本发明所构造的、在由半导体材料构成的衬底上具有金属层的电子元件中，在该金属层与该衬底之间或者在该金属层与绝缘层之间构造有扩散阻断层，该扩散阻断层由一种材料来制造，该材料对于该金属层的金属具有小的扩散系数。通过该金属扩散阻断层，降低了金属至该半导体材料或至该绝缘层的扩散。该电子元件没有由于扩散到该半导体材料中的金属而变得失效，或者说电绝缘层在其绝缘特性上没有由于扩散的金属而被损坏。

“小的扩散系数”在本发明的意义上所意味的是，在该电子元件的应用中在该电子元件的寿命上没有由于金属的迁移而产生功能损失。对于许多应用，要求在由该扩散阻断层所保护的区域中、也即在该绝缘层或半导体材料中在整个寿命t_L上在给定的运行温度下金属浓度保持低于一个临界阈值c_max(比如0.1原子百分比)。按照菲克定律，根据所需的寿命t_L可以得出对于扩散系数D和阻断层厚度d的以下要求：

erf(d2D·tL)>1-2cmax,]]>其中erf()表示高斯误差积分。

对于c_max＝0.1原子百分比的例子，对于层厚度、扩散系数和寿命，有如下关系式：

dD·tL>4.83]]>

如果比如继续采用寿命t_L＝1000h以及层厚度d＝10nm，那么对于该金属在该扩散阻断层中的扩散系数D，有：

D＜1.5·10^-20cm²/s

为了使金属不扩散到该电子绝缘层中或者该衬底的半导体材料中，其中由此该电子元件将会变得失效，该扩散阻断层优选地是无孔隙的，或者在该层不被贯通的通道穿过的意义上仅仅显示出封闭的孔隙。