【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种半导体功率器件及其制造方法,具体讲涉及一种快恢复二极管及其制造方法。
技术介绍
整流和续流一般使用快速恢复二极管(FRD)芯片,就续流二极管而言,半导体功率器件中的续流二极管一般反并联于功率开关管(如绝缘栅双极晶体管(IGBT)、晶闸管等)起反向续流作用,这种器件统称为开关器件。开关器件用于逆变器、电力系统和机车牵引等,涉及电压从几十到几千伏。FRD的性能优劣会直接影响开关器件的性能,好的FRD结构不仅要具有低导通压降、低开关损耗,同时要具有反向恢复速度快、反向恢复软度好、抗动态雪崩能力高和抗正向浪涌能力强的优点,如何实现这一技术目标,是目前国内外研究的难点和热点。FRD的工作过程即是载流子(电子和空穴)注入和抽取的过程,这一过程需要控制载流子的数量和流动速度。目前,国内外的研究均集中在采用器件结构设计和寿命控制的方式来控制载流子,例如英飞凌公司采用发射极控制结构(EMCON)进行器件结构优化以降低发射极载流子注入效率,实现FRD的低导通压降和优开关性能;ABB公司采用软穿通结构(SPT)结构,即局域寿命控制方式进行寿命控制优化以实现器件内部载流子分布的优化,获得FRD的优化性能。
技术实现思路
针对现有技术要求,本专利技术的目的是提供一种快恢复二极管及其制造方法,本专利技术的快恢复二级管器件采用“波浪型”有源区结构、缓变缓冲层结构和局域寿命控制方式以提高快恢复二极管FRD的性能,“ ...
【技术保护点】
一种快恢复二极管,所述二极管包括衬底、缓冲区、P型发射区、阳极P+区、金属层和氧化层;所述P型发射区和缓冲区分别设置在衬底两侧;在所述衬底N‑层上生长有氧化层;所述金属层位于二极管的两端;其特征在于,所述P型发射区采用波浪型有源区结构;所述缓冲区为缓变可控缓冲区;在所述P型发射区与阳极P+区之间设有局域寿命控制区,二极管设有包围其四周的全局寿命控制区; 所述衬底为N型本征区,由均匀掺杂的N型硅衬底组成。
【技术特征摘要】
1.一种快恢复二极管,所述二极管包括衬底、缓冲区、P型发射区、阳极P+区、金属层和氧化层;所述P型发射区和缓冲区分别设置在衬底两侧;在所述衬底N-层上生长有氧化层;所述金属层位于二极管的两端;其特征在于,所述P型发射区采用波浪型有源区结构;所述缓冲区为缓变可控缓冲区;在所述P型发射区与阳极P+区之间设有局域寿命控制区,二极管设有包围其四周的全局寿命控制区;
所述衬底为N型本征区,由均匀掺杂的N型硅衬底组成。
2.如权利要求1所述的快恢复二极管,其特征在于,所述金属层包括位于阳极P+区和氧化层上的阳极金属层和位于缓变可控缓冲区下的阴极金属层。
3.如权利要求1所述的快恢复二极管,其特征在于,所述缓变可控缓冲区包括二层或二层以上的N型掺杂区,并通过多次外延的方式形成,其厚度为15~60um,所述缓变可控缓冲区随着掺杂浓度不断增加形成具有一定浓度梯度的渐变结构,掺杂浓度梯度相差1~5个数量级;通过多次外延的方式形成缓变可控缓冲层的最外层,即N+层;最外层掺杂浓度满足低欧姆接触电阻要求。
4.如权利要求1所述的快恢复二极管,其特征在于,所述P型发射区通过等间距的正六边形注入窗口进行局部硼注入,实现高低掺杂相间的P型掺杂波浪型有源区结构;所述波浪型有源区结构包括高浓度P型掺杂区HP和低浓度P型掺杂区LP;所述高浓度P型掺杂区HP的载流子掺杂浓度高于低浓度P型掺杂区LP为1~4个数量级,高低浓度P型掺杂区的体积比例受控于P型注入的注入面积S、注入窗口间距L和P型发射区结深H,L和H满足0.4H<L<1.6H。
5.如权利要求4所述的快恢复二极管,其特征在于,通过调节P型注入的注入面积S、P型发射区结深H、注入窗口间距L实现调节发射极注入效率。
6.如权利要求1所述的快恢复二极管,其特征在于,所述阳极P+区的深度0.2-2um,其中硼离子的掺杂浓度为1×1017~5×1019cm-3。
7.如权利要求1所述的快恢复二...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘钺杨,吴迪,何延强,金锐,温家良,
申请(专利权)人:国家电网公司,国网智能电网研究院,国网浙江省电力公司,
类型:发明
国别省市:北京;11
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