[实用新型]纳米线GaN高电子迁移率晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及高电子迁移率晶体管，特别涉及一种纳米线GaN高电子迁移率晶体管。

背景技术

电力电子器件广泛应用于家用电器、工业设备、电动汽车等众多领域。新一代电力电子器件面临着巨大的挑战，要求其具有更高效率、更高功率密度和可在高温环境下可靠工作。目前，电力电子器件中普遍采用硅基的功率器件，如MOSFET和IGBT。但是硅电力电子器件经过长期的发展，性能已经趋近其材料的理论极限，逐渐不能满足新一代电力电子器件对高压、高频、高效和小体积的要求。第三代宽禁带半导体材料GaN具有禁带宽度大、饱和电子漂移速度高、化学性质稳定等特点。因此，基于GaN材料的电力电子器件具有通态电阻小、开关速度快、耐压高、耐高温性能好等优点。另一方面，GaN可以生长在Si,SiC及蓝宝石上。在价格低、工艺成熟、直径大的Si衬底上生长的GaN器件具有低成本的优点。GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)是一种基于GaN材料的电力电子器件。通过形成外延的AlGaN/GaN异质结，极化电场有效的调制了GaN的能带结构以及电荷的分布。这导致高电子迁移率晶体管在未人为掺杂的情况下，也能够形成面密度达10¹³cm^-2的二维电子器。因为在材料中没有掺杂，电子在GaN的迁移率超过2000cm²/Vs。这就使得GaN HEMT具有低导通电阻和高工作频率的特点。能够满足新一代电力电子器件对更大功率、更高频率、更小体积和高温工作条件的要求，可应用于AC/DC,DC/DC变换器，DC/AC电动机驱动器和光伏发电等。

目前，现有二维薄膜结构的GaN HEMT器件在长时间高压工作后，会发生不可逆的电退化，例如源漏电流和电导率减小，栅极泄露电流增大等，最终导致GaN HEMT失效。研究表明电退化效应是由GaN在工作时的逆压电效应导致的。GaN是压电材料。当GaN晶体受到电场的作用是，会产生晶格应力，这就是逆压电效应。在高压长时间工作下，逆压电效应使AlGaN二维薄膜晶格膨胀。当由电压导致的弹性形变超过一定值，引起晶格弛豫，产生新的晶格缺陷。透射电子显微镜研究显示，二维薄膜器件在经历长时间高电压作用后，材料因逆压电效应被拉伸直至断裂，在栅极靠近漏极的一侧出线裂缝。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种纳米线GaN高电子迁移率晶体管，解决了现有二维薄膜结构的GaN HEMT在高压下会容易发生不可逆电退化问题，从而实现GaN HEMT在高压下的长时间稳定工作。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

纳米线GaN高电子迁移率晶体管，由下至上依次包括衬底、GaN薄膜、AlGaN纳米线、绝缘层薄膜；所述AlGaN纳米线的上方设有源极和漏极；所述绝缘层薄膜的上方设有栅极。

所述AlGaN纳米线的高度为100-200nm。

所述AlGaN纳米线的直径为30-80nm。

所述GaN薄膜的厚度为2-10μm。

本实用新型的原理如下：

本实用新型的纳米线结构具有超强韧性的特点，纳米线材料能够承受特大的弹性形变。例如，通常的半导体硅材料的断裂应变不超过5％。而直径为100纳米的硅纳米线的弹性形变可达到16％。纳米线的超强韧性是由于在很小的尺寸下，材料内的缺陷很少。即使原本存在一定量的位错，因为纳米线的小尺寸，位错只要移动很小的距离就可以到达表面而湮灭。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点和有益效果：

(1)本实用新型采用了AlGaN纳米线结构，纳米线的韧性高，能够有效抑制AlGaN在高压下产生的材料缺陷，从而避免电退化的发生。

(2)本实用新型采用了AlGaN纳米线结构，在高压下偶然产生的位错在纳米线中更容易移动到表面而湮灭，恢复了AlGaN高质量的晶体结构，从而大幅度延迟了器件的失效现象。

附图说明

图1为本实用新型的实施例的纳米线GaN高电子迁移率晶体管的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实施例的纳米线GaN高电子迁移率晶体管，由下至上依次包括衬底17、GaN薄膜16、AlGaN纳米线15、绝缘层薄膜12；所述AlGaN纳米线15的上方设有源极11和漏极14；所述绝缘层薄膜12的上方设有栅极13。

所述AlGaN纳米线的高度为100-200nm。