1.一种具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,包括:依次横向分布在二维电子气结构(1)上且彼此电隔离的功率器件(2)、第一欧姆接触结构(3)、第二欧姆接触结构(4)和温度传感器二极管(5),其中,所述功率器件(2)包括源极(21)、漏极(22)和栅极(23),所述源极(21)、所述栅极(23)和所述漏极(22)依次间隔分布在所述二维电子气结构(1)中二维电子气沟道的上方;
所述第一欧姆接触结构(3)包括第一欧姆接触电极(31)和第二欧姆接触电极(32),所述第一欧姆接触电极(31)和所述第二欧姆接触电极(32)间隔分布在所述二维电子气沟道的上方;
所述第二欧姆接触结构(4)包括第三欧姆接触电极(41)和第四欧姆接触电极(42),所述第三欧姆接触电极(41)和所述第四欧姆接触电极(42)间隔分布在所述二维电子气沟道的上方;
所述温度传感器二极管(5)包括阴极(51)、阳极(52)和第一部分P‑GaN层(53),所述第一部分P‑GaN层(53)位于所述二维电子气结构(1)的表面,所述阴极(51)位于所述第一部分P‑GaN层(53)的一侧且位于所述二维电子气沟道的上方,所述阳极(52)与所述第一部分P‑GaN层(53)的另一侧相接触且位于所述二维电子气沟道的上方;
所述第一欧姆接触电极(31)用于接地,所述第二欧姆接触电极(32)和所述第三欧姆接触电极(41)通过金属互连线连接、且互连后的电极与所述栅极(23)通过金属互连线连接,所述第四欧姆接触电极(42)和所述阴极(51)通过金属互连线连接且用于输出电压,所述阳极(52)用于连接电源电压。
2.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,所述二维电子气结构(1)包括自下至上依次层叠的衬底(11)、成核层(12)、缓冲层(13)、沟道层(14)和势垒层(15),其中,所述沟道层(14)和所述势垒层(15)形成二维电子气沟道。
3.根据权利要求2所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述阴极(51)均延伸至所述沟道层(14)的表面;
所述栅极(23)和所述阳极(52)均位于所述势垒层(15)的表面。
4.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,所述功率器件(2)还包括第二部分P‑GaN层(24),所述部分P‑GaN层(24)位于所述源极(21)和所述漏极(22)之间的所述二维电子气结构(1)表面;
所述栅极(23)位于所述第二部分P‑GaN层(24)表面。
5.根据权利要求4所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,+
所述第一部分P‑GaN层(53)和所述第二部分P‑GaN层(24)的材料均包括Mg 离子掺杂的GaN,
17 18 ‑3
空穴掺杂浓度均为10 ‑10 cm ,厚度均为60‑80nm。
6.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,还包括钝化层(6),所述钝化层(6)覆盖所述二维电子气结构(1)的表面、所述第一部分P‑GaN层(53)的表面和电隔离结构的表面;
所述阳极(52)搭接所述钝化层(6)。
7.根据权利要求6所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,所述钝化层(6)的材料包括Si3N4,厚度为100‑150nm。
8.根据权利要求1所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片,其特征在于,所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述第四欧姆接触电极(42)、所述阴极(51)的材料均采用欧姆金属,包括Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种;
所述栅极(23)、所述阳极(52)的材料均采用肖特基金属,包括TiN、Ti、Al中的一种或多种;
所述金属互连线的材料包括Cu。
9.一种具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片的制备方法,其特征在于,包括步骤:
S1、制备二维电子气结构(1),并在所述二维电子气结构(1)制备P型GaN层,刻蚀所述P型GaN层形成第一部分P‑GaN层(53);
S2、刻蚀所述二维电子气结构(1)至二维电子气沟道下方,形成若干电隔离结构,以将所述二维电子气结构(1)隔离为依次横向设置的功率器件区域、第一欧姆接触电阻区域、第二欧姆接触电阻区域和温度传感器二极管区域;
S3、在所述二维电子气结构(1)表面、所述第一部分P‑GaN层(53)和所述若干电隔离结构表面沉积钝化层(6);
S4、在所述二维电子气结构(1)的二维电子气沟道上方制备金属电极,形成源极(21)、漏极(22)、栅极(23)、第一欧姆接触电极(31)、第二欧姆接触电极(32)、第三欧姆接触电极(41)、第四欧姆接触电极(42)、阴极(51)和阳极(52),其中,所述源极(21)、所述栅极(23)和所述漏极(22)依次间隔分布在所述二维电子气结构(1)中二维电子气沟道的上方,所述第一欧姆接触电极(31)和所述第二欧姆接触电极(32)间隔分布在所述二维电子气沟道的上方,所述第三欧姆接触电极(41)和所述第四欧姆接触电极(42)间隔分布在所述二维电子气沟道的上方,所述阴极(51)位于所述第一部分P‑GaN层(53)的一侧且位于所述二维电子气沟道的上方,所述阳极(52)与所述第一部分P‑GaN层(53)的另一侧相接触且位于所述二维电子气沟道的上方;所述第一欧姆接触电极(31)用于接地,所述阳极(52)用于连接电源电压;
S5、利用金属互连线将所述第二欧姆接触电极(32)和所述第三欧姆接触电极(41)连接、且互连后的电极与所述栅极(23)连接,利用金属互连线将所述第四欧姆接触电极(42)和所述阴极(51)连接。
10.根据权利要求9所述的具备结温监测和过温保护能力的GaN功率芯片的制备方法,其特征在于,步骤S4包括:S41、在所述钝化层(6)表面定义若干欧姆金属电极区域,并刻蚀所述欧姆金属电极区域的所述钝化层(6)和所述二维电子气结构(1),形成若干欧姆金属电极凹槽;
S42、在所述若干欧姆金属电极凹槽中沉积欧姆金属并进行退火,形成所述源极(21)、所述漏极(22)、所述第一欧姆接触电极(31)、所述第二欧姆接触电极(32)、所述第三欧姆接触电极(41)、所述第四欧姆接触电极(42)和所述阴极(51);
S43、在所述钝化层(6)表面定义若干肖特基金属电极区域,并刻蚀所述肖特基金属电极区域的所述钝化层(6),形成若干肖特基金属电极凹槽;
S44、在所述若干肖特基金属电极凹槽中沉积肖特基金属,形成所述阳极(52)和所述栅极(23)。