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专利号: 2024102734501
申请人: 西安电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,包括:二维电子气结构(1)、第一隔离凹槽(2)、第二隔离凹槽(3)、阴极(4)、阳极(5)、第一欧姆接触电极(6)、第二欧姆接触电极(7)和若干功率器件电极,其中,所述第一隔离凹槽(2)和所述第二隔离凹槽(3)设置在所述二维电子气结构(1)中,将所述二维电子气结构(1)中的二维电子气沟道隔断,使所述二维电子气结构(1)形成依次横向设置的功率器件区域、欧姆接触电阻区域和二极管温度传感器区域;

所述阴极(4)和阳极(5)间隔设置在所述二极管温度传感器区域,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(6)和所述第二欧姆接触电极(7)间隔设置在所述欧姆接触电阻区域,且位于所述二维电子气沟道的上方;所述若干功率器件电极分布在所述功率器件区域,且位于所述二维电子气沟道的上方;

所述阳极(5)用于输入电源电压;所述阴极(4)与所述第二欧姆接触电极(7)通过互连金属线连接、且互联后的电极与所述若干功率器件电极中的电压控制电极通过互连金属线连接;所述第一欧姆接触电极(6)用于接地。

2.根据权利要求1所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述二维电子气结构(1)包括自下而上依次层叠的衬底(101)、成核层(102)、缓冲层(103)、沟道层(104)和势垒层(105),其中,所述沟道层(104)和所述势垒层(105)形成二维电子气沟道。

3.根据权利要求2所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述第一隔离凹槽(2)和所述第二隔离凹槽(3)均延伸至所述缓冲层(103)的表面;

所述第一欧姆接触电极(6)、所述第二欧姆接触电极(7)、所述阴极(4)均延伸至所述沟道层(104)的表面;

所述阳极(5)位于所述势垒层(105)的表面。

4.根据权利要求2所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,功率器件包括HEMT功率器件,相应的,所述若干功率器件电极包括源电极(8)、漏电极(9)和栅电极(10),其中,所述源电极(8)、所述栅电极(10)和所述漏电极(9)依次间隔设置在所述功率器件区域;

所述栅电极(10)和所述阴极(4)、所述第二欧姆接触电极(7)通过所述互连金属线并联。

5.根据权利要求4所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述源电极(8)和所述漏电极(9)均延伸至所述沟道层(104)的表面;

所述栅电极(10)位于所述势垒层(105)的表面。

6.根据权利要求4所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,还包括部分P型GaN层(11),其中,所述部分P型GaN层(11)位于所述源电极(8)和所述漏电极(9)之间的势垒层(105)表面,且所述栅电极(10)位于所述部分P型GaN层(11)上。

7.根据权利要求6所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,还包括钝化层(12),其中,所述钝化层(12)覆盖所述第一隔离凹槽(2)的表面、所述第二隔离凹槽(3)的表面、所述势垒层(105)的表面和所述部分P型GaN层(11)的部分表面;

所述阳极(5)搭接所述钝化层(12)。

8.根据权利要求7所述的具备过温保护能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述阴极(4)的材料采用欧姆金属,包括Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种;

所述阳极(5)的材料采用肖特基金属,包括TiN、Ti、Al中的一种或多种;

所述第一欧姆接触电极(6)和所述第二欧姆接触电极(7)的材料均包括Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种;

所述源电极(8)和所述漏电极(9)的材料采用欧姆金属,包括Ti、Al、Ni、Au中的一种或多种;

所述栅电极(10)的材料采用肖特基金属,包括TiN、Ti、Al中的一种或多种;

所述互连金属线的材料包括Cu;

+ 17 18 ‑3

所述部分P型GaN层(11)的材料包括Mg离子掺杂的GaN,空穴掺杂浓度为10 ‑10 cm ,厚度为60‑80nm;

所述钝化层(12)的材料包括Si3N4,厚度为100‑150nm。

9.一种具备过温保护能力的GaN智能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);

S2、刻蚀所述二维电子气结构(1)至二维电子气沟道下方,形成第一隔离凹槽(2)和第二隔离凹槽(3),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、欧姆接触电阻区域和二极管温度传感器区域;

S3、在所述二维电子气结构(1)表面、所述第一隔离凹槽(2)表面和所述第二隔离凹槽(3)表面沉积钝化层(12);

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,形成间隔设置在所述二极管温度传感器区域的阴极(4)和阳极(5)、间隔设置在所述欧姆接触电阻区域的第一欧姆接触电极(6)和第二欧姆接触电极(7)、分布在所述功率器件区域的若干功率器件电极,其中,所述阳极(5)用于输入电源电压,所述第一欧姆接触电极(6)用于接地;

S5、利用互连金属线将所述阴极(4)与所述第二欧姆接触电极(7)连接,并将连接后的电极与所述若干功率器件电极中的电压控制电极连接。

10.根据权利要求9所述的具备过温保护能力的GaN智能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(12)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(12)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,形成设置在所述二极管温度传感器区域的阴极(4)、间隔设置在所述欧姆接触电阻区域的第一欧姆接触电极(6)和第二欧姆接触电极(7)、分布在所述功率器件区域的若干欧姆金属电极;

S43、在所述钝化层(12)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(12),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,形成在所述二极管温度传感器区域中与所述阴极(4)间隔设置的阳极(5)、设置在功率器件区域的肖特基电极。