一种提高横向共聚物器件耐压的高K介质结构

本发明涉及横向有机半导体功率器件，特别是一种提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构。

背景技术：

1、功率器件漂移区是功率半导体器件中的一个重要部分，通常位于控制极和输出极之间，主要作用是控制载流子(电子或空穴)在器件中的流动，进而控制器件的电阻和电导等电学特性。在功率器件工作时，漂移区是承受电压的主要区域，在漂移区上方的栅极绝缘层内部沉积高k介质阵列可以调制器件漂移区内部的电场分布，从而进一步提高器件的耐压性能。

2、zhangjun等人在文献“a2.2kvorganicsemiconductor-basedlateralpowerdevice”中提出了一种带有漂移区的有机顶栅底接触的器件结构，如图1所示，其包括由源极1、有机半导体层2、有机半导体层漂移区3、漏极4、衬底5、栅极绝缘层6和栅极7，其通过在栅极与漏极之间增加一个有机半导体层漂移区3，能成功实现有机器件的高耐压。然而，其所采用的的栅极绝缘层为pmma低k绝缘层，有机半导体层漂移区内的电场分布集中在漏极金属一侧，并非为耐压器件的理想情况。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，该提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构通过在漂移区上方的栅极绝缘层内部沉积高k介质阵列，阵列内的高k介质长度从栅极至源极由大到小排列，从而能够大幅提高器件耐压，提升器件可靠性。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

3、一种提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，包括横向共聚物器件本体和高k介质阵列。

4、横向共聚物器件本体包括从下至上依次布设的衬底、有机半导体层、栅极绝缘层和栅极。

5、有机半导体层内置有源极和漏极，位于栅极和漏极之间的有机半导体层形成为有机半导体漂移区；有机半导体漂移区的长度范围为l＝20～50um。

6、高k介质阵列沉积在有机半导体漂移区正上方的栅极绝缘层内部或表面。

7、高k介质阵列包括沿有机半导体漂移区长度方向等间距排列的若干个高k介质；若干个高k介质的横向长度从栅极至源极逐渐减小。

8、每个高k介质的介电常数均不低于20c2/(n·m2)。

9、每个高k介质的材料均为氧化物绝缘材料或氮化物绝缘材料。

10、每个高k介质的材料均为al2o3、tio2、y2o3、la2o3、ta2o5、hfo2或si3n4。

11、高k介质之间的间距为1～2um。

12、高k介质的数量为3～6个。

13、高k介质的最大横向长度取值范围为[1/5l，1/4l]；高k介质的总横向长度取值范围为[1/2l，3/4l]。

14、l＝40um。

15、每个高k介质均为长方体的绝缘柱，每个高k介质的纵向宽度均等于横向共聚物器件本体的宽度，每个高k介质的高度均小于栅极绝缘层的厚度。

16、栅极绝缘层的材料为聚甲基甲酯。

17、有机半导体层的材料为共聚物。

18、本发明具有如下有益效果：

19、1、本发明能够按照现有的带有漂移区的有机器件的工艺制备，仅需要使用反应离子刻蚀刻蚀出高k介质区域，将高k介质填充进去。

20、2、本发明中的高k介质阵列，能够有效的调制位于正下方的有机层漂移区的电场分布，大幅提高横向共聚物器件本体的耐压性能。

技术特征：

1.一种提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：包括横向共聚物器件本体和高k介质阵列；

2.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：每个高k介质的材料均为氧化物绝缘材料或氮化物绝缘材料。

3.根据权利要求2所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：每个高k介质的材料均为al2o3、tio2、y2o3、la2o3、ta2o5、hfo2或si3n4。

4.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：高k介质之间的间距为1～2um。

5.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：高k介质的数量为3～6个。

6.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：高k介质的最大横向长度取值范围为[1/5l，1/4l]；高k介质的总横向长度取值范围为[1/2l，3/4l]。

7.根据权利要求1或6所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：l＝40um。

8.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：每个高k介质均为长方体的绝缘柱，每个高k介质的纵向宽度均等于横向共聚物器件本体的宽度，每个高k介质的高度均小于栅极绝缘层的厚度。

9.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：栅极绝缘层的材料为聚甲基甲酯。

10.根据权利要求1所述的提高横向共聚物器件耐压的高k介质结构，其特征在于：有机半导体层的材料为共聚物。

技术总结
本发明公开了一种提高横向共聚物器件耐压的高K介质结构，包括横向共聚物器件本体和高K介质阵列；横向共聚物器件本体包括从下至上依次布设的衬底、有机半导体层、栅极绝缘层和栅极；有机半导体层内置有源极和漏极，位于栅极和漏极之间的有机半导体层形成为有机半导体漂移区；有机半导体漂移区的长度范围为L＝20～50um；高K介质阵列沉积在有机半导体漂移区正上方的栅极绝缘层内部或表面；高K介质阵列包括沿有机半导体漂移区长度方向等间距排列的若干个高K介质；若干个高K介质的横向长度从栅极至源极逐渐减小。本发明能够大幅提高器件耐压，提升器件可靠性。

技术研发人员：朱越,沈希舟,潘柯宇,王文渊,唐蔚宇,张珺,姚佳飞,陈静,郭宇锋
受保护的技术使用者：南京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14