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基于工艺的GaNHEMT抗辐射加固研究进展

席善斌;高金环;裴选;高东阳;尹丽晶;彭浩

【期刊名称】《《微处理机》》

【年(卷),期】2019(040)002

【总页数】6页(P1-6)

【关键词】GaNHEMT技术;抗辐射加固;有源区隔离工艺;沟道层厚度;钝化层结

构;衬底材料

【作者】席善斌;高金环;裴选;高东阳;尹丽晶;彭浩

【作者单位】中国电子科技集团公司第十三研究所石家庄050051;国家半导体器

件质量监督检验中心石家庄050051

【正文语种】中文

【中图分类】TN325+.3

1引言

现代通讯和国防航天等高科技领域的迅猛发展，对微波电子器件功率特性、频率特

性、耐高温特性以及抗辐射稳定性等均提出了更高的要求。第三代半导体材料

（GaN、A1N、SiC等）具有带隙宽、击穿电压高等优势，有望满足现代微波技术

发展的需求。通过对GaN材料调制掺杂形成的AlGaN/GaN异质结构具有很大的

导带断续，延续了GaN材料击穿电场高、热传导率高和电子迁移率高等优点，利

用这种异质结构做成的器件具有优异的微波功率特性，而且其宽禁带特点决定了它

可以承受更高的工作结温，促使GaNHEMT以其高频、高温及大功率特性成为近

年来微波微电子领域的研究热点。

另外，作为宽禁带半导体，GaN材料原子键能很强，因此AlGaN/GaNHEMT器

件具有出色的抗辐射特性，其结合了优越的抗辐射和出色的微波功率、高温、高压

等特性，故在卫星、太空探测、核反应堆等辐射环境中具有巨大的应用前景，受到

广泛的关注和研究。

与Si基半导体器件相比，虽然GaNHEMT具有优越的抗辐射特性，但是与GaN

材料自身的抗辐射能力和水平相比较，器件在抗辐射能力上还有较大差距，因此开

展GaNHEMT制造工艺研究，进一步提高器件的抗辐射水平就显得尤为必要。故

此梳理了国际上近五年公开报道的文献资料，通过对比和改进GaNHEMT制造工

艺来提高器件抗辐射水平，从有源区隔离工艺、GaN沟道层厚度、钝化层结构和

衬底材料四个方面进行了梳理和分析，并给出了加固工艺优选方法，以期对我国

GaNHEMT制造工艺提供指导，促进我国抗辐射加固GaNHEMT的研制和应用。

2器件隔离工艺影响

2018年，Dong-SeokKim等人报道了台阶刻蚀和氮离子注入两种隔离工艺的

GaNHEMT质子辐射效应[1]。基于两种隔离工艺的器件结构如图1所示。图1(a)

采用台阶隔离，台阶刻蚀通过感应偶合等离子体（ICP）刻蚀工艺实现，刻蚀深度

为~200nm，图1(b)采用氮离子注入隔离，利用离子注入机实现。在氮离子注入

过程中，器件的有源区采用SiO2掩膜层做保护，氮离子注入的能量和注量分别为

10keV和5×1015cm-2。器件欧姆接触采用Si/Ti/Al/Ni/Au

（1nm/25nm/160nm/40nm/100nm）、肖特基接触采用Ni/Au

（50nm/100nm）多层金属实现。栅长、栅宽、栅-漏间距分别为2μm、100μm

和10μm。

图1不同隔离工艺GaNHEMT器件结构

室温条件下，利用质子线性加速器对器件开展辐照试验，采用质子能量为5MeV，

辐照注量累积至1×1014cm-2，评估了两种隔离工艺器件的参数退化情况，结果

如图2所示，器件的漏极电流和跨导在辐照前后均发生了明显变化，两种工艺隔

离的器件参数变化量如表1所示。采用台阶刻蚀工艺隔离的GaNHEMT在辐照前

后漏极饱和电流（ID,sat）和最大跨导（gm,max）均降低了约50%，而采用氮离

子注入隔离的GaNHEMT其漏极饱和电流和最大跨导仅降低了约10%～20%。

图2辐照引起不同隔离工艺漏极电流和跨导变化

表1不同隔离工艺GaNHEMT辐照前后参数变化参数台阶刻蚀隔