[发明专利]一种多沟道GaN压力传感器件及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多沟道GaN压力传感器件及其制备方法，包括由下至上依次设置的衬底、沟道结构层、设置于沟道结构层上的栅极以及位于沟道结构层两侧的源极和漏极；其中，沟道结构层由多层堆叠的GaN层和AlGaN势垒层构成，GaN层位于AlGaN势垒层下方。本发明通过多次进行AlGaN/GaN材料的堆叠构成多沟道压力传感器在微纳尺度方面，可以较大的提高相关性能参数，灵敏度高、可靠性强、检测限低。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及到一种多沟道GaN压力传感器件及其制备方法。

背景技术

压力传感器是一种可以把压力信号转换成可以直观获取的电信号的换能器，被广泛应用于生活的方方面面。目前，半导体压力传感器主要是基于Si材料，通过硅扩散电阻的压阻效应实现。然而，扩散工艺温度稳定性很差，并且高温下扩散电阻和衬底的隔离PN结会出现衰退，甚至发生穿通，进而彻底损坏失效。作为宽禁带半导体的典型代表，GaN禁带宽度为3.4eV，为Si材料的3倍、更高的饱和电子漂移速度、更大的临界击穿电场强度、更好的导热性能等特点，更重要的是GaN与AlGaN能够形成AlGaN/GaN异质结。

AlGaN/GaN异质结构由于压电效应和自极化效应在GaN沟道层的表面上形成高浓度、高电子迁移率的二维电子气(2-EDG)，对外部压力变化非常敏感，适合作为高灵敏度压力传感器。采用AlGaN/GaN异质结构的压力传感器主要是利用AlGaN、GaN的压电效应将压力变化转换为二维电子气浓度和迁移率的变化。随着外界压力的增大，由于最上层AlGaN势垒层的晶格常数小于GaN层的晶格常数，因此在AlGaN/GaN异质结构中，AlGaN势垒层通常处于拉应力状态。当对膜施加外力时，AlGaN/GaN异质结构受到压应力，AlGaN势垒中的原子比GaN层中的原子被推得更近。因此，AlGaN势垒层的拉应力减小，压电极化减弱，导致沟道电子密度降低。此外，AlGaN势垒层的应变变化会引起极化库仑场(PCF)散射，导致电子迁移率降低。总之，在外加应力作用下，沟道的电子密度降低、电子迁移率降低，沟道电流减小。

在无外部压力状态时，设置多沟道GaN压力传感器件的电学参数(源极和漏极电压)，让压力传感器工作在可变电流线性区，此时沟道的电流受栅源电压的控制，测出漏源电流。在外部压力作用时，由沟道电流随压力的变化量可以得到多沟道GaN压力传感器件的灵敏度。在现有技术中，并没有多沟道GaN压力传感器，在微纳尺度方面，传统单条沟道GaN压力传感器有着灵敏度低、可靠性差、检测限高的问题。多沟道GaN压力传感器件有着良好的性能参数，能够弥补上述不足。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

本发明的其中一个目的是提供一种多沟道GaN压力传感器件。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种多沟道GaN压力传感器件，包括由下至上依次设置的衬底、沟道结构层、设置于沟道结构层上的栅极以及位于沟道结构层两侧的源极和漏极；

其中，沟道结构层由多层堆叠的GaN层和AlGaN势垒层构成，GaN层位于AlGaN势垒层下方，沟道结构层堆叠时，上层的GaN层与下层的AlGaN势垒层接触。

作为本发明多沟道GaN压力传感器件的一种优选方案，其中：所述衬底材料为硅；所述衬底下表面还设置有凹槽，凹槽作为压力传感器的标准背孔工艺，其主要目的是让压力释放在沟道处而不是衬底上，以防止沟道处二维电子气浓度改变不明显。

作为本发明多沟道GaN压力传感器件的一种优选方案，其中：所述源极和所述漏极均为Ti/Al/Ni/Au叠层，所述源极和所述漏极覆盖所有多层堆叠的GaN层和AlGaN势垒层。