[发明专利]一种具有辅助栅结构的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管及工作方法与应用

说明书

本发明涉及一种具有辅助栅结构的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管及工作方法与应用，属于微电子研究技术领域，相对于具有辅助栅结构的开口栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，本发明引入由一对不与沟道接触、对称分布在沟道两侧且形状相同的金属电极组成的旁栅，旁栅下面的二维电子气不参与导电，只有漏‑源沟道导通，使得本发明用作低功耗A类电压放大器时，输入电压信号可以从0V开始向负偏压变化。通过对旁栅和辅助栅施加不同偏压，可以获得不同的器件工作模式，使得本发明在电路中的应用更加灵活，更适合于日益复杂的集成电路领域。

技术领域

本发明涉及一种具有辅助栅结构的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管及工作方法与应用，属于微电子研究技术领域。

背景技术

GaN材料是第三代半导体的重要代表，相比于第一代半导体和第二代半导体，GaN材料具有更大的禁带宽度、更高的电子饱和漂移速度和更大的击穿场强，基于GaN材料的电子器件已被深入研究和广泛应用。AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)就是GaN基电子器件中的重要代表，具有高电子迁移率、高击穿电压等优势，被广泛地应用于高频和大功率领域。

本发明的发明人之前的专利申请文件CN202110625371.9设计了一种具有辅助栅结构的开口栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，将主栅设置成开口栅结构并在主栅和漏极之间引入了未开口的辅助栅结构，有效改善了开口栅器件的电流-电压饱和特性。通过对主栅和辅助栅施加不同电位，可以获得不同的器件工作模式，更适合于日益复杂的集成电路领域。然而需要在主栅上施加一定的负偏压才能使主栅下面的二维电子气耗尽即主栅区域关断，从而达到只有开口区域导通。若要让此晶体管工作在低功耗A类电压放大器工作模式下，就必须只有开口区域导通，这就要求输入的电压信号只能小于或等于使主栅区域关断的负偏压，而无法从0V开始向负偏压变化。

因此，研究一种只有开口区域导通并且工作在低功耗A类电压放大工作模式下输入电压信号能够从0V开始向负偏压变化的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，是应用价值巨大和非常迫切的。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种只有开口区域导通具有辅助栅结构的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管及工作方法与应用。

术语解释

沟道(channel)是指场效应晶体管中源区和漏区之间的一层薄半导体层，电流在其中流动受栅极偏压的控制。

本发明的技术方案如下：

一种具有辅助栅结构的旁栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管，其器件结构整体上与具有辅助栅结构的开口栅AlGaN/GaN异质结场效应晶体管结构相似，包括源极、漏极和栅极，所述的栅极为双栅结构，栅极包括旁栅和辅助栅，所述的旁栅是一对不与沟道接触、对称分布在沟道两侧且形状相同的金属电极，辅助栅位于源极和漏极之间的沟道上；除源极、漏极、沟道、旁栅和辅助栅所在的区域外，其他区域被刻蚀了一定深度，使得旁栅下面的二维电子气被隔离开来，既不与沟道中的二维电子气联通，也不与源极和漏极的电子体系联通。

根据本发明，优选的，0＜旁栅和沟道之间的距离10μm。

最优选的，旁栅和沟道之间的距离为2μm。

根据本发明，优选的，0＜旁栅宽度100μm。

最优选的，旁栅宽度为45μm。

根据本发明，优选的，0＜旁栅的最长处的长度20μm。

根据本发明，优选的，0＜旁栅的最短处的长度≤旁栅的最长处的长度。

最优选的，旁栅的最长处的长度为14μm，此时旁栅的最短处的长度为10μm。沟道平行为长度，沟道垂直为宽度。

根据本发明，优选的，0＜辅助栅和漏极之间的距离≤源极和辅助栅之间的距离。