申请/专利权人：苏州汉骅半导体有限公司

申请日：2018-12-29

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN109524462B

主分类号：H01L29/778

分类号：H01L29/778;H01L29/812;H01L29/06

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2022.06.24#著录事项变更;2019.04.19#实质审查的生效;2019.03.26#公开

摘要：本发明涉及一种鳍型场效应管，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的势垒层；位于所述势垒层上的源极、漏极和栅极，所述栅极位于所述源极和漏极之间；所述势垒层包括平行且间隔设置的多个鳍，所述鳍位于所述源极与漏极之间的区域且与所述栅极垂直；所述鳍的宽度单位nm为a1、a2、a3、a4、...、an，所述宽度为a1的鳍的数量为b1，所述宽度为a2的鳍的数量为b2，所述宽度为a3的鳍的数量为b3，依此类推，所述宽度为an的鳍的数量为bn，其中，a1、a2、a3、a4、...、an为10‑200之间的任意整数，b1、b2、b3、b4、...、bn为任意正整数。本申请所提出的鳍型场效应管，通过组合多种宽度的鳍，提高器件的线性度。

主权项：1.一种鳍型场效应管，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的势垒层；位于所述势垒层上的源极、漏极和栅极，所述栅极位于所述源极和漏极之间；所述势垒层包括平行且间隔设置的多个鳍，所述鳍位于所述源极与漏极之间的区域且与所述栅极垂直；所述鳍的宽度为a1、a2、a3、a4、...、an，所述宽度为a1的鳍的数量为b1，所述宽度为a2的鳍的数量为b2，所述宽度为a3的鳍的数量为b3，依此类推，所述宽度为an的鳍的数量为bn，其中，a1、a2、a3、a4、...、an为10-200之间的任意整数，b1、b2、b3、b4、...、bn为任意正整数，所述宽度单位为nm；根据以下的函数来计算每种宽度的鳍的数目比例：oV＝[c1·f1V+c2·f2V+…+cn·fnV]2其中，c1为a1宽度鳍占据总共鳍个数的比例系数，即c1＝b1b1+b2+…+bn，c2为a2宽度鳍的比例系数，即c2＝b2b1+b2+…+bn、cn为an宽度鳍的比例系数，即cn＝bnb1+b2+…+bn，oV为用来计算比例系数的目标优化函数，f1V为鳍宽a1的场效应管的跨导的一阶导数，f2V为鳍宽a2的场效应管的跨导的一阶导数，fnV为鳍宽an的场效应管的跨导的一阶导数；所述栅极包围所述鳍的顶面以及相对的两个侧面。

全文数据：一种鳍型场效应管技术领域本发明涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种鳍型场效应管。背景技术以氮化镓GaN为代表的第三代半导体材料具有宽禁带，高电子迁移率，高击穿电压等优异特性，因此基于氮化镓材料的高电子迁移率场效应管HEMT被广泛运用于雷达，微波通信以及高压功率器件领域。随着现代无线通信的迅猛发展，各种非恒包络调制方式与多载波技术获得了广泛应用，这些信号具有宽带宽和高峰均比PAR等特点，因此针对此类信号的射频功放电路里，场效应管的线性度成为了一个非常重要的指标。如果管子的线性度差，那么会导致频谱扩展到信号带宽以外，干扰相邻通道，降低邻道泄漏比ACLR性能。即使在信号带宽内，功率放大管的线性度波动也会导致失真增加，从而降低接收机的误差矢量幅度EVM性能，使误码率BER增大。氮化镓基的HEMT器件由于多用于大功率，高频率，大带宽的应用场合，因此其线性度对整个射频前端的性能至关重要。，当输入信号的动态范围扩大时，氮化镓HEMT器件的静态工作点受到影响，从而使得器件的幅度和相位传输特性发生变化，对输出信号产生畸变失真，即产生线性度问题。如何提高HEMT器件的线性度性能，一直是氮化镓射频器件的技术难点。多数应用从系统的角度出发，采用功率回退、负反馈、前馈、数字预失真DPD等方法来配合管子的非线性度，但是要从根本上解决问题，仍需从器件的角度出发，改善管子本身的线性度性能。发明内容基于此，有必要针对HEMT线性度的问题，提供一种能提高线性度的鳍型场效应管。一种鳍型场效应管，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的势垒层；位于所述势垒层上的源极、漏极和栅极，所述栅极位于所述源极和漏极之间；所述源极和漏极之间的势垒层形成包括平行且间隔设置的多个鳍，所述鳍位于所述源极与漏极之间的区域且与所述栅极垂直；所述鳍的宽度单位nm为a1、a2、a3、a4、...、an，所述宽度为a1的鳍的数量为b1，所述宽度为a2的鳍的数量为b2，所述宽度为a3的鳍的数量为b3，依此类推，所述宽度为an的鳍的数量为bn，其中a1、a2、a3、a4、...、an为10-200之间的任意整数，b1、b2、b3、b4、...、bn为任意正整数。在一个实施例中，所述栅极包围所述鳍的顶面以及相对的两个侧面。在一个实施例中，所述鳍之间设有凹槽，所述栅极横跨所有的凹槽和鳍。在一个实施例中，所述栅极位于所述凹槽内的部分与所述缓冲层相接触。在一个实施例中，所述a1、a2、a3、a4、...、满足等差数列,即an＝a1+dn-1,其中，d为5-60之间的任意整数。在一个实施例中，所述鳍型场效应管满足公式：oV＝[c1·f1V+c2·f2V+…+cn·fnV]2其中，c1为a1宽度鳍占据总共鳍个数的比例系数，即c1＝b1b1+b2+…+bn，c2为a2宽度鳍的比例系数，即c2＝b2b1+b2+…+bn、cn为an宽度鳍的比例系数，即cn＝bnb1+b2+…+bn。oV为用来计算比例系数的目标优化函数，f1V为鳍宽a1的场效应管的跨导的一阶导数，f2V为鳍宽a2的场效应管的跨导的一阶导数，fnV为鳍宽an的场效应管的跨导的一阶导数。在一个实施例中，所述f1V＝dg1dV,f2V＝dg2dV,…,fnV＝dgndV，所述g1V,g2V,…,gnV分别为鳍宽度为a1,a2,…,an的场效应管的跨导，V为栅极电压。在一个实施例中，所述g1V,g2V,…,gnV的可用栅极电压范围分别是：Vmin1，Vmax1,Vmin2，Vmax2,…,Vminn，Vmaxn，可用栅极电压范围内，对应的跨导达到最大值，且跨导的波动范围小于比例m％。本申请所提出的鳍型场效应管，通过组合多种宽度的鳍，提高器件的线性度。附图说明图1为一个实施例所提供的鳍型场效应管的截面图；图2为一个实施例所提供的鳍型场效应管的结构图；图3为三种不同的鳍型场效应管的跨导曲线；图4为三种鳍组合的鳍型场效应管的跨导曲线。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本发明提出的鳍型场效应管作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。本发明中，在“形成在另一层上的层”中，可以意味着在另一层上方形成层，但不一定层与另一层直接物理或电接触例如，可以存在一个或多个其他层在两层之间。然而，在一些实施例中，“在......上形成”可以表示层与另一层的顶面的至少一部分直接物理接触。一个实施例所提出的鳍型场效应管如图1所示，包括:衬底1、位于所述衬底上的缓冲层2和位于所述缓冲层2上的势垒层3，所述势垒层3上设有源极4、漏极6和栅极5，所述栅极5位于所述源极4和漏极6之间。所述势垒层3与所述缓冲层2的界面处存在二维电子气，由势垒层3与缓冲层2之间的压电应变效应而产生。所述二维电子气具有高电子迁移率和高电子密度，可以作为导电沟道使器件导通。所述衬底1材料可以是碳化硅、蓝宝石、硅等。所述缓冲层2可以是高质量的氮化镓材料，厚度大于1微米。所述势垒层3可以是三元或者四元的氮化物化合物半导体合金，例如AlGaN、InGaN等，厚度为10nm-100nm。所述源极4和漏极6的材料为Ti，Pt，Au，W，Ni中的任意一种或多种金属的组合。所述栅极5可以为镍金或者铂金构成的金属叠层。请参考图2，所述势垒层3包括多个且平行设置的鳍fin7，所述鳍7位于源极4与漏极6之间的区域，并且与所述栅极5垂直。所述鳍7之间具有凹槽，所述栅极5横跨所有凹槽和鳍7，即所述栅极7的一部分位于所述凹槽内，另一部分包围所述鳍7的顶面以及相对的两个侧面，使所述栅极5与所述鳍7形成立体肖特基接触。所述栅极5位于凹槽内的部分直接与所述缓冲层2接触，还有一部分包围所述鳍7的顶面以及相对的两个侧面，形成门框形的结构。为了提高器件的线性度，本申请的发明人经过长期的实验发现，可以通过组合不同宽度和数目的鳍到同一个fin-HEMT中来实现。并且，鳍的宽度和数量遵循以下关系：设所述鳍的宽度单位nm为a1、a2、a3、a4、...、an，则所述宽度为a1的鳍的数量为b1，所述宽度为a2的鳍的数量为b2，所述宽度为a3的鳍的数量为b3，依此类推，所述宽度为an的鳍的数量为bn，其中，a1、a2、a3、a4、...、an为10-200之间的任意整数，b1、b2、b3、b4、...、bn为任意正整数。现假设鳍的宽度分别为80nm，120nm和160nm，图3分别显示了鳍的宽度为80nm、120nm、160nm的场效应管的跨导，纵坐标表示跨导Smm，横坐标表示栅极电压V。在功率放大器领域，氮化镓基射频功放通常工作在AB类模式，其静态点通常处于跨导最大值10％-20％以内，该跨导值所对应的栅极电压为输入电平范围，在此范围内的器件线性度较好。通过图3可以看出，随着鳍宽度的变窄，场效应管的截至电压向正向移动，相应的跨导的最大值以及输入电平范围也向正电压方向移动。当这三种不同宽度的鳍型以一定的比例组合在同个场效应管里，得到的新的器件的跨导如图4中所示。从中可以看到组合管的单位跨导虽然最大值有所降低，但是可用跨导的范围比单个固定宽度的鳍型场效应管要大的多，即输入信号的动态范围扩大，器件的线性度得到了提高。在此实例中，三种宽度的鳍型的数目比例通过计算约为30％，20％和50％，假设共有10个鳍，即宽度为80nm的鳍为3个，宽度为120nm的鳍为2个，宽度为160nm的鳍的宽度为5个。具体的，当采用不同的宽度的鳍进行组合的时候，各种宽度的鳍型数目比例需根据每种宽度的fin-HEMT的跨导曲线进行优化计算获得。计算的算法如下:步骤1：不同鳍宽的fin-HEMT的跨导数据确定：宽度为a1,a2,…,an的fin-HEMT的跨导分别为：g1V,g2V,…,gnV，为栅极电压V的函数。计算跨导的一阶导数f1V＝dg1dV,f2V＝dg2dV,…,fnV＝dgndV步骤2：确定每种鳍宽的fin-HEMT的可用跨导对应的栅极电压范围：g1V,g2V,…,gnV的可用跨导对应的栅极电压范围分别是：Vmin1，Vmax1,Vmin2，Vmax2,…,Vminn，Vmaxn。在可用栅极电压范围内，对应的跨导达到最大值，且跨导波动范围小于特定比例m％，具体数值由可以人为指定。在本实施例中，所述波动比例为10％-20％。步骤3：确定组合后fin-HEMT的可用跨导对应的栅极电压范围为Vmin,Vmax，其中Vmin＝minVmin1,Vmin2,…,Vminn,Vmax＝maxVmax1,Vmax2,…,Vmaxn。步骤4：待求解的参数是组合管内每种鳍宽的fin-HEMT的比例系数，即：c1,c2,…,cn，其中c1≥0,c2≥0,…,cn≥0，且c1+c2+…+cn＝1。步骤5：在可用跨导对应的栅极范围Vmin,Vmax内，定义优化目标函数：oV＝[c1·f1V+c2·f2V+…+cn·fnV]2。步骤6：假定比例系数的初始值：c1＝c2＝…＝cn＝1n，在可用跨导范围Vmin,Vmax内，对目标函数oV求解带约束条件步骤4的极值，具体使用的数学计算方法可以是牛顿法、共轭梯度法等。通过上述算法能够有效得出每种宽度的鳍所占的比例，进而根据电路系统需要达到的总增益，确定每种宽度的鳍的数量。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

权利要求：1.一种鳍型场效应管，其特征在于，包括：衬底、位于所述衬底上的缓冲层和位于所述缓冲层上的势垒层；位于所述势垒层上的源极、漏极和栅极，所述栅极位于所述源极和漏极之间；所述势垒层包括平行且间隔设置的多个鳍，所述鳍位于所述源极与漏极之间的区域且与所述栅极垂直；所述鳍的宽度单位nm为a1、a2、a3、a4、...、an，所述宽度为a1的鳍的数量为b1，所述宽度为a2的鳍的数量为b2，所述宽度为a3的鳍的数量为b3，依此类推，所述宽度为an的鳍的数量为bn，其中，a1、a2、a3、a4、...、an为10-200之间的任意整数，b1、b2、b3、b4、...、bn为任意正整数。2.根据权利要求1所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述栅极包围所述鳍的顶面以及相对的两个侧面。3.根据权利要求1所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述鳍之间设有凹槽，所述栅极横跨所有的凹槽和鳍。4.根据权利要求3所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述栅极位于所述凹槽内的部分与所述缓冲层相接触。5.根据权利要求1所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述a1、a2、a3、a4、...、满足等差数列,即an＝a1+dn-1,其中，d为5-60之间的任意整数。6.根据权利要求1所述的鳍型场效应管,其特征在于，根据以下的函数来计算每种宽度的鳍的数目比例：oV＝[c1·f1V+c2·f2V+…+cn·fnV]2其中，c1为a1宽度鳍占据总共鳍个数的比例系数，即c1＝b1b1+b2+…+bn，c2为a2宽度鳍的比例系数，即c2＝b2b1+b2+…+bn、cn为an宽度鳍的比例系数，即cn＝bnb1+b2+…+bn。oV为用来计算比例系数的目标优化函数，f1V为鳍宽a1的场效应管的跨导的一阶导数，f2V为鳍宽a2的场效应管的跨导的一阶导数，fnV为鳍宽an的场效应管的跨导的一阶导数。7.根据权利要求6所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述f1V＝dg1dV,f2V＝dg2dV,…,fnV＝dgndV，所述g1V,g2V,…,gnV分别为鳍宽度为a1,a2,…,an的场效应管的跨导，V为栅极电压。8.根据权利要求7所述的鳍型场效应管,其特征在于，所述g1V,g2V,…,gnV的可用栅极电压范围分别是：Vmin1，Vmax1,Vmin2，Vmax2,…,Vminn，Vmaxn，可用栅极电压范围内，对应的跨导达到最大值，且跨导的波动范围小于比例m％。

百度查询： 苏州汉骅半导体有限公司 一种鳍型场效应管

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD