一种T型阳极GaN肖特基温度传感器及其制备方法

本发明属于温度传感器领域，具体涉及一种t型阳极gan肖特基温度传感器及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，gan材料因为其禁带宽度大、高击穿电场、抗辐照和耐高温等优点在市场上获得一席之地，用其制备的hemt(high electron mobility transistor，高电子迁移率晶体管)器件由于优异的开关特性和耐压能力而得到广泛应用。gan基hemt器件是高频电能变换应用的核心器件，近年来在电动汽车、新能源领域有着大量的应用，但新型应用对gan基hemt器件的可靠性要求更高。但是gan基hemt器件工作时，异质结温度升高，二维电子气(two-dimensional electron gas，2deg)沟道的电性能受温度影响而变差，长期在高温下运行可能导致器件退化和寿命降低。为了减小或避免高温引发的器件故障，在实际应用中通过一体化集成温度传感器实时监控gan基功率器件的温度可以有效保护器件，避免gan基hemt器件在过高温度下运行而失效。然而，目前可集成的gan温度传感器温度监测灵敏度较低，尚不能满足gan基hemt器件应用需求。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种t型阳极gan肖特基温度传感器及制备方法。

2、本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

3、第一方面，本发明提供了一种t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，包括：

4、自下而上堆叠而成的衬底、成核层、缓冲层、沟道层、aln插入层和势垒层；

5、半圆环形p型gan层，堆叠于所述势垒层上方的一侧，且其圆弧弯向器件中心；

6、第一钝化层，覆盖于所述势垒层上表面除所述p型gan层以外的地方；所述第一钝化层和所述p型gan层厚度相同；

7、第二钝化层，覆盖于所述p型gan层和所述第一钝化层的上表面；

8、半圆柱形阳极凹槽，位于所述半圆环形p型gan层的圆环以里；槽深度等于所述第二钝化层和所述半圆环形p型gan层的厚度之和；

9、环形阴极凹槽，环绕所述半圆环形p型gan层并与所述半圆环形p型gan层间隔一定距离，槽深度大于所述第二钝化层、所述第一钝化层和所述势垒层的厚度之和；

10、t型阳极，为阳极肖特基金属，所述阳极肖特基金属填满所述半圆柱形阳极凹槽并搭接所述半圆柱形阳极凹槽周围的第二钝化层；

11、环形阴极，为阴极欧姆金属，所述阴极欧姆金属填满所述环形阴极凹槽并搭接所述圆环形阴极凹槽周围的第二钝化层。

12、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述阴极凹槽的内壁掺杂有砷离子。

13、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述半圆环形p型gan层中引入有氢离子。

14、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述第一钝化层包括：si3n4钝化层。

15、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述第二钝化层包括：sio2钝化层。

16、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述阳极肖特基金属，包括：ti、al和au。

17、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器，其特征在于，所述阴极欧姆金属，包括：ti、al、ni和au。

18、第二方面，本发明提供了一种t型阳极gan肖特基温度传感器制备方法，其特征在于，包括：

19、步骤一、制备外延片；所述外延片自下而上包括衬底、成核层、缓冲层、沟道层、aln插入层、势垒层和p型gan层；

20、步骤二、在所述p型gan层表面的一侧定义半圆形区域，对所述半圆形区域以外的区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述势垒层；其中，所述半圆形区域的圆弧弯向所述外延片的中心；

21、步骤三、在当前样品表面沉积第一钝化层，沉积厚度和所述p型gan层厚度相同；

22、步骤四、在当前样品表面沉积第二钝化层；

23、步骤五、在剩余的p型gan层之上的第二钝化层表面定义阳极区域，对所述阳极区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述势垒层，形成半圆柱形阳极凹槽，剩余的p型gan层为半圆环形p型gan层；

24、步骤六、在所述半圆柱形阳极凹槽内淀积肖特基金属并使所述肖特基金属搭接所述阳极沟槽周围的第二钝化层，形成肖特基接触的t型阳极；

25、步骤七、在所述第二钝化层的表面环绕所述半圆形区域定义环形阴极区域，对所述环形阴极区域向下进行刻蚀，刻蚀深度延伸至所述沟道层内，形成环形阴极凹槽；所述环形阴极区域与所述半圆形区域间隔一定距离；

26、步骤八、在所述环形阴极凹槽内淀积欧姆金属，形成欧姆接触的环形阴极，得到制备完成的t型阳极gan肖特基温度传感器。

27、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器制备方法，其特征在于，在步骤八之前，所述方法还包括：

28、在所述环形阴极凹槽的内壁掺杂砷离子。

29、在一个实施例中，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器制备方法，其特征在于，在步骤二之前，所述方法还包括：

30、在制备好的所述p型gan层表面沉积si3n4进行钝化；

31、利用氢离子湿法去除p型gan层表面沉积的si3n4层，以在所述p型gan层中引入氢离子。

32、本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器及制备方法具有如下有益效果：

33、首先，本发明所提供的t型阳极gan肖特基温度传感器采用半圆柱形阳极电极，而半圆柱形阳极电极产生的半圆形电极电场不像矩形那样集中，可以减少边界电场峰值大的问题，从而缓解电场尖峰，对阳极的肖特基接触起到保护作用；同时半圆柱形阳极电极还可以减小反向漏电流，增加正向导通电流，使得本发明的温度传感器在相同电流的情形下需要的阳极电压更低，产生的功耗更小。

34、其次，保留圆环形p型gan层，既能够使p型gan层下的二维电子气被耗尽从而避免器件常开，还能够使温度传感器的开启和关断更好控制，因此可以避免在集成环境下影响其他器件正常工作。由于温度传感器本身是肖特基势垒二极管，将p型gan层置于阳极电极下会影响到肖特基二极管的正常导通。本发明提供的温度传感器将p型gan层做成贴合半圆形阳极电极的半圆环形，使p型gan层尽量远离了金属与势垒层的接触界面，减小了p型gan层对肖特基势垒的影响，同时又可以使p型gan层作为温度传感器的等效串联电阻。

35、最后，对本发明提供的温度传感器的t型阳极施加电压，会产生如下3个工作阶段：1、肖特基未导通阶段，电子即将越过肖特基势垒；2、肖特基导通但电流很小，p型gan层等效为一个串联电阻，起到电导调制作用；3、p型gan层的电导调制作用被耗尽，2deg彻底释放，全导通。由温度传感器器件的性能可知，减小温度传感器的导通电流可以增加温度传感器的灵敏度。本发明提供的温度传感器的p型gan层在肖特基势垒导通后可以充当电阻，等效为一个串联电阻，串联电阻越大能够使导通电流越小，温度传感器的灵敏度越高，还可以减小漏电流。尤其是本发明提供的半圆环形结构的p型gan层的等效电阻比正常的矩形结构的等效电阻更大，因此本发明提供的温度传感器具有更高的灵敏度。

36、由上可知，本发明提供的t型阳极gan肖特基势垒二极管通过p型gan层和肖特基二极管的结合可以调节和扩大亚阈值区域，提高了异质结温度的测量精度，同时还保持了高线性度、低导通电压和低反向漏电流的优点。

37、另外，本发明提供的t型阳极gan肖特基温度传感器是具有2deg沟道的横向结构的肖特基势垒二极管，可以与基于相同结构的hemt器件在同一外延片上制备，该温度传感器结构简单且与hemt器件的结构一致，在集成时该温度传感器不需要额外的工艺就能够很好地与hemt器件兼容集成，使得该t型阳极gan肖特基温度传感器具有高密度集成的可行性。

38、以下将结合附图及对本发明做进一步详细说明。