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专利号: 2024109452883
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:

1.一种全GaN集成的带隙基准源电路,其特征在于,包括:多个增强型GaN HEMT晶体管、多个横向温度传感器二极管、多个片上电阻和外延片;多个增强型GaN HEMT晶体管、多个横向温度传感器二极管和多个片上电阻均集成在外延片上;其中,外延片包括自下而上依次堆叠设置的衬底、成核层、缓冲层、沟道层、插入层、势垒层、P‑GaN层和钝化层;

其中,多个增强型GaN HEMT晶体管包括:晶体管M1至晶体管M8;多个片上电阻包括:片上电阻R1至R3;多个横向温度传感器二极管包括:二极管D1至D4;二极管D1的阳极连接至电源DC,二极管D1的阴极与片上电阻R1的一端相连;片上电阻R1的另一端与晶体管M1的漏极相连,晶体管M1的源极与晶体管M3的漏极相连,晶体管M1的栅极与晶体管M2的栅极相连,晶体管M3的源极接地,晶体管M3的栅极与晶体管M4的栅极相连;二极管D2的阳极与电源DC连接,二极管D2的阴极与晶体管M2的漏极相连,晶体管M2的源极与晶体管M4的漏极相连,晶体管M4的漏极接地;片上电阻R2的一端与电源DC连接,片上电阻R2的另一端与晶体管M5的漏极相连,晶体管M5的栅极连接至二极管D2的阴极和晶体管M2的漏极之间,晶体管M5的源极接地;二极管D3的阳极与电源DC连接,二极管D3的阴极与晶体管M6的漏极相连,晶体管M6的漏极与晶体管M2的栅极相连,晶体管M6的栅极连接至片上电阻R2与晶体管M5的漏极之间,晶体管M6的源极与晶体管M7的漏极相连,晶体管M7的栅极连接至晶体管M1的漏极与晶体管M3的栅极之间,晶体管M7的源极接地;二极管D4的阳极与电源DC连接,二极管D4的阴极与片上电阻R3的一端相连,片上电阻R3的另一端与晶体管M8的漏极相连,晶体管M8的栅极与晶体管M7的栅极相连,晶体管M8的源极接地。

2.根据权利要求1所述的全GaN集成的带隙基准源电路,其特征在于,所述P‑GaN层包括第一P‑GaN层;所述多个增强型GaN HEMT晶体管的结构均相同;在所述势垒层的第一势垒区域的两侧分别设置有源极和漏极,所述第一P‑GaN层位于源极和漏极之间,在所述第一P‑GaN层的上表面设置有栅极,所述源极、所述漏极和所述栅极均高于所述钝化层。

3.根据权利要求1所述的全GaN集成的带隙基准源电路,其特征在于,所述P‑GaN层还包括第二P‑GaN层;所述多个横向温度传感器二极管的结构均相同,在所述势垒层的第二势垒区域的一侧设置有位于所述插入层上表面的阴极,在所述第二势垒区域的另一侧设置有位于所述势垒层上表面的阳极,所述第二P‑GaN层位于所述势垒层上表面,所述第二P‑GaN层一侧与所述钝化层远离所述阴极的一侧持平,所述阳极高于所述钝化层。

4.根据权利要求1所述的全GaN集成的带隙基准源电路,其特征在于,所述多个片上电阻的结构均相同,在所述势垒层的第三势垒区域的两侧分别设置有位于所述插入层上表面的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极。

5.根据权利要求1所述的全GaN集成的带隙基准源电路,其特征在于,所述衬底的材料为Si,所述成核层的材料为AlN,所述缓冲层的材料为Al0.3Ga0.7N,所述沟道层的材料为GaN,所述插入层的材料为AlN,所述势垒层的材料为AlGaN。

6.一种全GaN集成的带隙基准源电路的制作工艺,其特征在于,包括:

制备外延片;其中,外延片自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、势垒层和P‑GaN层;

在P‑GaN层表面定义增强型GaN HEMT晶体管的栅极对应的第一P‑GaN区域,对第一区域中第一P‑GaN区域以外的区域向下进行刻蚀,刻蚀深度延伸至势垒层;

在势垒层表面定义台面区域,对第二区域中台面区域以外的区域进行向下刻蚀,刻蚀深度延伸至缓冲层;

在对当前器件表面沉积钝化层后,在剩余的P‑GaN层之上的钝化层表面定义增强型GaN HEMT晶体管源极漏极凹槽区域、横向温度传感器二极管阴极凹槽区域和片上电阻的欧姆接触电极凹槽区域;

对增强型GaN HEMT晶体管源极漏极凹槽区域、横向温度传感器二极管阴极凹槽区域和片上电阻的欧姆接触电极凹槽区域向下进行刻蚀,刻蚀深度延伸至势垒层,形成对应的电极凹槽;

在增强型GaN HEMT晶体管源极漏极凹槽、横向温度传感器二极管阴极凹槽和片上电阻的欧姆接触电极凹槽内淀积欧姆接触金属填满对应的电极凹槽,并使欧姆接触金属搭接钝化层;

对欧姆接触金属进行快速热退火工艺,形成增强型GaN HEMT晶体管的源极和漏极,横向温度传感器二极管的阴极和片上电阻的第一欧姆接触电极和第二欧姆接触电极;

在增强型GaN HEMT晶体管的栅极对应的第一P‑GaN区域上定义增强型GaN HEMT晶体管栅极金属凹槽区域,并在横向温度传感器二极管远离横向温度传感器二极管阴极的一侧定义温度传感器二极管阳极凹槽区域;

对增强型GaN HEMT晶体管栅极金属凹槽区域向下进行刻蚀,刻蚀深度延伸至P‑GaN层,形成增强型GaN HEMT晶体管栅极凹槽;

对温度传感器二极管阳极凹槽区域向下进行刻蚀,刻蚀深度延伸至势垒层,形成温度传感器二极管阳极凹槽;

在增强型GaN HEMT晶体管栅极凹槽和温度传感器二极管阳极凹槽内淀积肖特基金属,形成增强型GaN HEMT晶体管栅极和温度传感器二极管阳极;

其中,多个增强型GaN HEMT晶体管包括:晶体管M1至晶体管M8;多个片上电阻包括:片上电阻R1至R3;多个横向温度传感器二极管包括:二极管D1至D4;二极管D1的阳极连接至电源DC,二极管D1的阴极与片上电阻R1的一端相连;片上电阻R1的另一端与晶体管M1的漏极相连,晶体管M1的源极与晶体管M3的漏极相连,晶体管M1的栅极与晶体管M2的栅极相连,晶体管M3的源极接地,晶体管M3的栅极与晶体管M4的栅极相连;二极管D2的阳极与电源DC连接,二极管D2的阴极与晶体管M2的漏极相连,晶体管M2的源极与晶体管M4的漏极相连,晶体管M4的漏极接地;片上电阻R2的一端与电源DC连接,片上电阻R2的另一端与晶体管M5的漏极相连,晶体管M5的栅极连接至二极管D2的阴极和晶体管M2的漏极之间,晶体管M5的源极接地;二极管D3的阳极与电源DC连接,二极管D3的阴极与晶体管M6的漏极相连,晶体管M6的漏极与晶体管M2的栅极相连,晶体管M6的栅极连接至片上电阻R2与晶体管M5的漏极之间,晶体管M6的源极与晶体管M7的漏极相连,晶体管M7的栅极连接至晶体管M1的漏极与晶体管M3的栅极之间,晶体管M7的源极接地;二极管D4的阳极与电源DC连接,二极管D4的阴极与片上电阻R3的一端相连,片上电阻R3的另一端与晶体管M8的漏极相连,晶体管M8的栅极与晶体管M7的栅极相连,晶体管M8的源极接地。