本发明属于半导体器件设计领域，具体涉及一种gan晶体管结构及其制备方法。
背景技术：
1、高电子迁移率晶体管（hemt）广泛应用于高频和高功率电子设备中，因其在高频、高功率及高温环境下表现出优异的电学特性而备受关注。然而，传统hemt结构在特定条件下仍面临诸多挑战，在高温或强电场下容易出现栅极漏电流激增的现象。这主要是由于冲击电离效应导致的栅极漏电流增加（无源区电流），从而严重影响了器件的稳定性和可靠性。请参考图1，尤其是在光照下对传统gan hemt（氮化镓高电子迁移率晶体管）的栅极漏电流有很大影响，主要通过光生载流子的生成，表面态充放电和陷阱态填充与释放等机制导致栅极漏电流增加。
2、为了解决上述技术问题，现有技术中，gan hemt设计在结构中引入了诸如高k介电材料、钝化层和场板、电场分布等优化，例如：在栅极区域沉积hfo2（二氧化铪）和al2o3（氧化铝）等材质的高k介电材料，用于代替传统的sio2（氮化硅）或si3n4。高k介电材料具有较高的介电常数，可以在较低的栅极电压下实现相同的沟道调制效果，减少漏电流和栅极电压应力；钝化层沉积：在gan表面和algan（氮化铝镓）/gan异质结界面沉积钝化层（如sin（氮化硅）、aln（氮化铝）），钝化层可以减少表面态密度，降低栅极漏电流。在栅极区域采用双层金属栅极结构，上层为栅极金属，下层为栅极下的保护金属层。两层金属之间夹有绝缘层等；埋栅设计：将栅极部分埋入gan材料中，栅极上方覆盖钝化层。埋栅设计通过改变电场分布来减小表面电场源；极场板设计：在源极区域增加一个场板，源极场板与栅极场板结合使用，进一步优化电场分布等等。
3、此外，传统hemt结构由algan/gan异质结组成，该结构在缓冲层上生长gan层作为主要的导电通道，在gan层沉积一层algan形成高密度、高迁移率的二维电子气（2deg），从而提供高导电性和低导通电阻。这种结构使得hemt在高电压和高频应用中具有广阔的前景。然而，在高温或强电场环境下，传统hemt因为栅极与algan层直接接触，没有额外的绝缘层。这种结构制备简单，但是在高电压下容易受到冲击电离的影响，出现较高的漏电流和较低的击穿电压，影响器件的稳定性和可靠性；并且在光照条件下，光生载流子会在2deg沟道和顶部栅极金属之间直接形成一条低电阻路径，从而改变电位影响器件性能。并且，gan和algan材料中存在一些深能级陷阱，这些能级陷阱可能捕获光生载流子，也会使栅极漏电流增加，影响电路性能。
4、p-gan hemt（磷化镓高电子迁移率晶体管）通过在传统的器件栅极下方与algan/gan异质结上引入p型gan层，p -gan 帽层可提高 algan/ gan 异质结界面处的能带，栅偏压为0 v时，使其高于费米能级，从而实现增强型（e-mode）操作，能够在一定程度上解决上述漏电流增加和击穿电压降低的问题。因此，p-gan hemt在高温和高频条件下表现出色，适用于高功率和高频应用场景。尽管p-gan hemt具有良好的电气性能，但其栅极漏电流问题仍需进一步得到解决，特别是在高温条件下，这种漏电流会显著增加；为获得p型导电的gan层，通常采用镁作为掺杂剂来获得p型导电的gan层 ,但mg掺杂剂在gan中溶解度低且离化能高，因此，很难实现足够高的空穴浓度，导致p-gan层在实际应用中很难完全耗尽栅下的2deg。同时，在高温生长过程中，mg不可避免地扩散到algan势垒层和gan沟道层内。这种扩散行为会极大阻碍器件阈值电压的提升，从而损伤器件性能。
5、mis hemt（金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管）采用高k栅介质材料，例如hfo2（二氧化铪）和al2o3（氧化铝），代替传统的sio2（二氧化硅）或si3n4（氮化硅），提高栅极电容，以减少栅极漏电流，增强栅极的耐压性能和热稳定性。通过在栅极和algan层之间引入绝缘层，确实有效减少了栅极漏电流，改善了器件的电气性能，并且，高k介电材料具有较高的介电常数，可以在较低的栅极电压下实现相同的沟道调制效果，减少漏电流和栅极电压应力。然而，mis hemt（金属-绝缘体-半导体高电子迁移率晶体管）在高温环境下的栅介质可靠性问题需要进一步研究和解决，且在紫外光照射下，紫外光会在绝缘层诱发过量的陷阱态使得栅极电介质中的电荷捕获变得更加严重，而gan缓冲区中的电荷捕获则明显受到抑制。
技术实现思路
1、本发明公开了一种gan晶体管结构及其制备方法，避免高温、强电场和光照条件下的栅极漏电问题。
2、本发明公开了一种gan晶体管结构，包括：
3、呈闭合框架结构的栅极；
4、所述栅极包围源极，并隔离所述源极与漏极。
5、进一步的，所述栅极、所述源极与所述漏极均位于有源区内。
6、进一步的，所述有源区位于所述源极和所述漏极之间；
7、部分栅极延伸至无源区内。
8、进一步的，所述栅极的材质为钛、铝和钨中的至少一种。
9、进一步的，所述栅极沉积于绝缘层表面，所述绝缘层位于栅极区域上。
10、进一步的，所述栅极与p型掺杂层、金属层和/或绝缘层直接接触。
11、进一步的，所述gan晶体管包括：p-gan hemt、gan hemt、mis-hemt 和gan mosfet。
12、本发明还提供一种gan晶体管结构的制备方法，所述制备方法包括：
13、提供一个前端结构；
14、在所述前端结构内的栅极区域形成绝缘层；
15、在所述绝缘层上形成闭合的凹槽，
16、在所述凹槽内沉积栅极金属形成栅极，所述栅极包围源极，并隔离所述源极与漏极。
17、进一步的，所述提供前端结构包括：
18、提供一衬底；
19、在所述衬底上依次层叠设置沟道层、势垒层、钝化层、p型掺杂层；
20、在所述p型掺杂层上确定源极和漏极的生长区域；
21、去除所述生长区域的所述p型掺杂层；
22、在所述势垒层表面沉积金属层形成所述源极和所述漏极。
23、进一步的，在所述凹槽内沉积栅极金属形成栅极之后，还包括：
24、使用等离子体增强化学气相沉积p型掺杂层进行钝化和保护；
25、使用氟离子注入法进行器件隔离；
26、确定焊盘区域、去除p型掺杂层并沉积焊盘金属电极。
27、相比于现有技术，本发明至少能实现以下技术效果：
28、本发明引入了一种闭合框架结构的栅极，且栅极包围源极，能够彻底隔离漏极与源极，优化栅极与沟道之间的电场分布，显著提升晶体管的正向偏置栅极电压，并有效扼制了漏电通道的形成，大幅降低了漏电流，增强了电路的稳定性和可靠性。此外，采用上述结构的栅极还能优化栅极周围的电场分布，减少了高能电子的产生和传播路径，能够显著增强栅极在高温条件下的鲁棒性，从而有效地抑制了冲击电离效应对栅极的损害。
1.一种gan晶体管结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，
3.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，
4.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，所述栅极的材质为钛、铝和钨中的至少一种。
5.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，所述栅极沉积于绝缘层表面，所述绝缘层位于栅极区域上。
6.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，所述栅极与p型掺杂层、金属层和/或绝缘层直接接触。
7.如权利要求1所述的gan晶体管结构，其特征在于，所述gan晶体管包括：p-gan hemt、gan hemt、mis-hemt 和gan mosfet。
8.一种gan晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
9.如权利要求8所述的gan晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述提供前端结构包括：
10.如权利要求9所述的gan晶体管结构的制备方法，其特征在于，在所述凹槽内沉积栅极金属形成栅极之后，还包括：
