[实用新型]一种GaN基超薄势垒增强/耗尽模式反相器及环振

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子技术领域，涉及半导体器件及电路，具体涉及一种GaN基超薄势垒增强/耗尽模式（E/D-mode）反相器、环振的结构，主要用于作为耐高温、抗辐照的集成电路基础单元。

背景技术

GaN材料作为第三代半导体，由于其突出的材料特性，已成为现代国际上研究的热点。GaN材料特有的极化效应以及GaN材料的高电子饱和速度，使得AlGaN/GaN异质结高电子迁移率晶体管在大功率微波器件方面显示出明显的优势。近年来，AlGaN/GaN异质结耗尽型高电子迁移率晶体管得到了很大的发展，美国加州大学巴巴拉分校的T.Palacios等人研制的AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管在40GHz的高频下可获得10W/mm的输出功率，同时能获得高达163GHz的特征频率及230GHz的截止频率。Wu等人2003年报道的器件在30GHz频率下输出功率密度为3.5W/mm，2004年报道了器件8GHz下输出功率密度为32W/mm，漏电压偏置大于100V。

同时，GaN基HEMT器件由于其宽禁带特性，具有良好的高温特性及抗辐照特性，在恶劣环境下的GaN基高速集成电路中具有很好的应用前景。但是由于GaN中p型掺杂的难度很大，所以国际上主要把注意力放在n型增强型器件的研制上，通过将增强型器件和耗尽型器件（或负载电阻）集成，实现增强/耗尽（E/D）模式或增强（E）模式的集成电路。

现有的实现GaN基环振集成电路及其基本单元反相器的方案如下：

现有方案1

Khan等人利用薄势垒结构制备了第一支GaN基增强型器件，并将增强型器件和耗尽型器件的信号合成，实现了反相器特性。参见文献M Asif Khan,Q Chen,C J Sun.et al,Enhancement and depletion mode GaN/AlGaN heterostructure field effect transistors,Appl.Phys.Lett.,Vol68,January1996,pp:514-516。

现有方案2

Micovic等人采用槽栅刻蚀技术制备增强型器件，并将耗尽型器件和增强型器件集成在同一圆片上，制备了GaN基反相器、环振及2级分频器。增强型器件槽栅长0.15μm，栅长1μm，采用T型场板结构，器件阈值电压为0.5V，最大跨导为400mS/mm，最大饱和电流为0.9A/mm。在高电平电压为1V时，反相器高低噪声容限分别为0.38V和0.22V。23级环振的振荡频率为80MHz，每级延时为272ps，功耗延迟积为50fJ。参见文献M.Micovic,T.Tsen,M.Hu.et al,GaN enhancement/depletion-mode FET logic for mixed signal applications,Electronics Lett.,Vol.41,September2005,No.19,15th。

现有方案3

2005年蔡勇等人将F等离子体处理增强型器件和常规耗尽型器件集成在同一圆片上制备了E/D-mode反相器及环振。反相器高低噪声容限分别为0.51V和0.21V。V_DD为2.5V时环振频率为193MHz，每级延时为152ps；V_DD为3.5V时每级延时为130ps。参见文献Y Cai,Z Q Cheng,W C W Tang.et al,Monolithic Integration of Enhancement-and Depletion-mode AlGaN/GaN HEMTs for GaN Digital Integrated Circuits,IEDM Tech.Dig.,2005,pp:771。

现有方案4