[发明专利]用于集成有功率管理和射频电路的片上系统(SOC)结构的III族‑N晶体管

权利要求书

1.一种片上系统(SoC)，包括：

功率管理集成电路(PMIC)，所述功率管理集成电路包括开关电压调节器或开关模式的DC-DC变换器中的至少一个；以及

RF集成电路(RFIC)，所述RF集成电路包括用于产生至少为2GHz的载波频率的功率放大器，其中，所述PMIC和所述RFIC二者被单片集成到同一衬底上，其中，PMIC和RFIC中的至少一个包括至少一个III族-氮化物高电子迁移率晶体管(HEMT)，并且其中，所述至少一个III族-氮化物HEMT包括顶部势垒层，所述顶部势垒层在栅极电极与沟道层之间具有第一厚度，在设置于所述栅极电极任一侧上的源极触点和漏极触点与所述沟道层之间具有第二较大厚度，以及在设置于所述栅极电极与所述源极触点和所述漏极触点中的每一个之间的间隔体区域与所述沟道层之间具有第三厚度，所述第三厚度介于所述第一厚度和所述第二厚度之间。

2.根据权利要求1所述的SoC，其中，所述PMIC和所述RFIC都包括至少一个III族-氮化物HEMT，所述至少一个III族-氮化物HEMT具有至少为20GHz的截止频率(F_t)和至少为20GHz的最大振荡频率(F_max)。

3.根据权利要求1所述的SoC，还包括被集成到所述衬底上的所述PMIC和所述RFIC中的至少一个的控制器，其中，所述控制器包括硅场效应晶体管。

4.根据权利要求3所述的SoC，其中，所述硅场效应晶体管设置在所述衬底的包括晶体硅的区域上方，并且其中，所述至少一个III族-氮化物HEMT设置在所述衬底的包括晶体GaN的区域上方。

5.根据权利要求1所述的SoC，其中，所述至少一个III族-氮化物HEMT在增强模式下进行工作。

6.根据权利要求2所述的SoC，其中，所述至少一个III族-氮化物HEMT包括具有不同组成的III族-氮化物半导体的外延器件堆叠，所述器件堆叠包括设置在所述顶部势垒层和底部势垒层之间的电荷感应层和所述沟道层，所述沟道层在设置于所述栅极电极和所述电荷感应层下方的区域内未被掺杂，以仅在所述栅极电极处于大于0V的阈值电压(V_t)时才在所述沟道层内形成二维电子气(2DEG)。

7.根据权利要求6所述的SoC，其中，所述顶部势垒层的所述第一厚度为0nm，暴露出所述电荷感应层，并且其中，所述电荷感应层的厚度为至少0.5nm。

8.根据权利要求6所述的SoC，其中，第一电介质材料使所述栅极电极与所述源极触点、所述漏极触点和所述外延器件堆叠电气隔离。

9.根据权利要求1所述的SoC，其中，第一电介质材料使所述栅极电极与所述源极触点和所述漏极触点电气隔离，并且第二电介质材料使所述栅极电极与所述顶部势垒电气隔离，所述第二电介质材料的介电常数高于所述第一电介质材料的介电常数。

10.根据权利要求9所述的SoC，其中，所述第一电介质材料选自由SiN、SiON和Al₂O₃构成的组，并且其中，所述第二电介质材料选自由Gd₂O₃、HfO₂、HfSiO、TaSiO、AlSiO、HfON、AlON、ZrSiON、HfSiON和III族-ON构成的组。

11.根据权利要求8所述的SoC，其中，所述至少一个III族-氮化物HEMT具有对称的源极-漏极结构，其中，所述第一电介质材料使所述栅极电极与所述源极触点分开的量等于所述第一电介质材料使所述栅极电极与所述漏极触点分开的量。

12.根据权利要求6所述的SoC，其中，所述顶部势垒层和所述底部势垒层的带隙比所述沟道层的带隙宽，并且其中，所述顶部势垒层和所述底部势垒层均包括AlGaN、AlInN、InGaN或AlInGaN中的至少一种。

13.根据权利要求1所述的SoC，其中，所述沟道层是具有顶表面和至少两个相对侧壁的非平面晶体主体，其中，电荷感应层设置在所述顶表面或所述至少两个相对侧壁中的至少一个上，并且其中，所述栅极电极设置在所述顶表面和所述至少两个相对侧壁之上。