[发明专利]一种基于平面纳米线沟道的高线性HEMT器件及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于平面纳米线沟道的高线性HEMT器件及制备方法，该高线性HEMT器件包括：衬底层；缓冲层，位于衬底层上；源电极，位于缓冲层的一端；漏电极，位于缓冲层的另一端；势垒层，位于缓冲层上，且位于源电极和漏电极之间，其中，势垒层上设置有沿栅宽方向间隔排列的由离子注入形成的若干纳米线结构，若干纳米线结构与未注入区域具有不同的栅控能力以形成不同的阈值电压；栅电极，位于势垒层上且位于若干纳米线结构上。本实施例通过离子注入形成沿栅宽方向间隔排列的纳米线结构，可以形成不同的阈值电压，因此按照特定的结构参数将器件并联，能够实现器件多阈值耦合，使器件沿栅宽方向逐步开启，进而改善器件的线性度。

技术领域

本发明属于微电子技术，具体涉及一种基于平面纳米线沟道的高线性 HEMT器件及制备方法。

背景技术

近年来，GaN高电子迁移率晶体管(HEMTs)性能不断提高，然而GaN晶体管的线性度最终限制了其在无线基站、卫星通讯、雷达等应用中的功率密度和效率的提升。在毫米波范围内，一般通过减小栅长来增加工作频率，对于常规的平面GaN基HEMT器件而言，受短沟道效应、栅极漏电以及源极驱动电阻Rs增加等因素的显著影响，表现在转移特性上即器件的跨导(Gm)曲线会过早的下降，从而导致器件线性度恶化。为了适应现代通讯系统对于器件线性度的要求，需要对器件线性度进行有效的优化和改善。

与电路级线性化技术相比，器件级的线性化手段可以避免更加复杂的电路系统，更大的体积以及更高的能量损耗。因此，从HEMT器件非线性特性的内在物理机理出发，从器件级层面改善功放的线性度，成为一种新的研究热点。目前已从理论上提出多种物理机制来解释GaN HEMTs器件的非线性行为，包括源极驱动电阻的增加、极化光学声子的散射、界面散射以及高漏压下的自热效应。因此，许多研究者相继提出了不同的器件级线性化技术来改善晶体管的非线性特性。

2017年，Sameer Joglekar等人基于跨导补偿法显著提高了器件的线性度。该器件的Fin结构是通过在栅宽方向集成不同Wfin，形成复合器件。因为阈值电压随着Fin的宽度变化，所以复合器件相当于将一组阈值电压略微偏移的场效应晶体管并联，复合器件的二阶跨导(Gm”)减小了2倍，谐波和互调失真功率降低了15dB，器件线性度得到了明显提升：IMD和谐波功率提高了20dB，OIP3提升了6dB，从而器件的线性度明显提高。

目前，现有技术中改善器件线性度的方法主要有三种：1、利用MIS HEMT结构改善器件线性度；2、利用双沟道结构改善器件线性度；3、利用 Fin-like结构改善器件线性度。

对于利用MIS结构改善器件线性度，该种方法是在常规HEMT结构的栅下生长一层高K介质层，从而极大的解决了栅极漏电问题。与常规HEMT器件相比，该种结构可以将栅极漏电降低约4-6个数量级，因此可以实现较大的栅压摆幅(GVS)，从而改善器件线性度。但由于栅下绝缘层引入了较大的栅寄生电容，使得器件频率特性恶化，不适于制作高频器件。

对于利用双沟道结构改善器件线性度，由于双沟道结构在栅压逐渐增加的过程中两个沟道逐步开启，使得跨导曲线较为平缓，并且由于两个沟道的二维电子气密度和迁移率均与单沟道相当，理论上材料电导将随沟道数目线性增加，大幅提高器件的电流驱动能力，在肖特基栅之外的区域，材料面电阻的减小，也有利于减小器件导通电阻，在较大的漏极电流下仍保持较高的跨导和截止频率，器件的线性度得到明显改善。但是由于该结构会导致栅对下沟道的控制能力减弱，产生短沟道效应，因此不适合毫米波应用。

对于利用Fin-like结构改善器件线性度，该结构基于跨导补偿法将具有不同阈值电压的两个或者多个器件并联，利用不同阈值电压器件对应跨导曲线略微偏移的跨导峰值的叠加补偿减少高阶跨导，从而提高器件线性度。但该技术的侧壁栅结构会带来刻蚀损伤和寄生电容，因此降低了器件的截止频率，影响了器件的射频性能。

综上，现有器件级线性化技术无法满足高频、高线性的应用需求，如何实现高线性度的HEMT器件仍是目前亟待解决的问题。

发明内容