一种快恢复二极管及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种快恢复二极管及其制作方法，快恢复二极管包括：漂移层；位于所述漂移层一侧表面的背面掺杂层；阴极层，所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺杂层的阴极间隔层，所述阴极间隔层与所述漂移层接触；位于所述阴极间隔层和所述背面掺杂层背向所述漂移层的一侧表面的阴极主体层；所述背面掺杂层的导电类型分别与所述阴极层和所述漂移层的导电类型相反。本发明专利技术的快恢复二极管能抑制反向恢复电流振荡现象。流振荡现象。流振荡现象。

【技术实现步骤摘要】
一种快恢复二极管及其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种功率半导体器件及其制作方法，具体涉及一种快恢复二极管及其制作方法。

技术介绍

[0002]快恢复二极管(Fast Recovery Diode，FRD)是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体二极管，广泛应用于家用电器、电动汽车、轨道机车等各个领域，特别是在电力系统中，应用于换流阀、断路器等高压设备中。普通二极管的结构一般为P型半导体与N型半导体直接接触形成PN结，而快速恢复二极管在普通二极管的P型、N型材料中间增加了本征半导体i层，构成P
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N结构。其中：制备本征半导体i层的方法主要是通过P型阳极层和N型阴极层之间形成一个低浓度的N型漂移层，使得N型漂移层掺杂浓度远远小于P型阳极层和N型阴极层的掺杂浓度，可以近似认为是本征半导体i层。
[0003]虽然快恢复二极管具有通态压降小，击穿电压高，抗静电放电能力强及高温漏电小的优点，但是快恢复二极管在反向恢复末期容易引发电流振荡现象。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于如何抑制快恢复二极管的反向恢复电流振荡现象。
[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种快恢复二极管，包括：漂移层；位于所述漂移层一侧表面的背面掺杂层；阴极层，所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺杂层的阴极间隔层，所述阴极间隔层与所述漂移层接触；位于所述阴极间隔层和所述背面掺杂层背向所述漂移层的一侧表面的阴极主体层；所述背面掺杂层的导电类型分别与所述阴极层和所述漂移层的导电类型相反。
[0006]可选的，所述背面掺杂层中的掺杂浓度比所述阴极层的掺杂浓度小1～2个数量级；所述背面掺杂层中的掺杂浓度比所述漂移层中的掺杂浓度高1～4个数量级。
[0007]可选的，所述背面掺杂层的厚度为11μm～20μm。
[0008]可选的，所述背面掺杂层包括一个或若干个间隔的岛状结构。
[0009]可选的，所述背面掺杂层在所述漂移层上的投影面积为所述漂移层的横截面面积的10％～40％。
[0010]可选的，所述阴极间隔层贯穿部分所述背面掺杂层且延伸至部分漂移层中。
[0011]可选的，所述阴极主体层背向所述漂移层的一侧表面设置有第一沟槽；所述快恢复二极管还包括：阴极电极层，阴极电极层覆盖所述阴极主体层且朝向第一沟槽凹陷。
[0012]可选的，第一沟槽的数量为若干个，相邻的第一沟槽之间的间距为11μm～20μm；所述第一沟槽的深度为1μm～20μm；所述第一沟槽的宽度为11μm～20μm。
[0013]可选的，还包括：阳极层，位于所述漂移层背离所述背面掺杂层的一侧。
[0014]可选的，所述阳极层还延伸至部分漂移层中。
[0015]可选的，所述阳极层背离所述漂移层的一侧表面具有第二沟槽；所述快恢复二极管还包括：阳极电极层，所述阳极电极层覆盖所述阳极层且朝向第二沟槽凹陷。
[0016]可选的，还包括：所述阶梯型寿命控制层，阶梯型寿命控制层的部分位于所述阳极层内，阶梯型寿命控制层的部分位于所述漂移层内；所述阶梯型寿命控制层中掺杂有H离子、He离子、铂离子中的任意一种或几种的组合。
[0017]可选的，所述阶梯型寿命控制层的厚度为1nm～1000nm。
[0018]本专利技术还提供一种快恢复二极管的制作方法，包括：形成漂移层；形成背面掺杂层和阴极层，所述背面掺杂层位于所述漂移层一侧表面；所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺杂层的阴极间隔层，所述阴极间隔层与所述漂移层接触；位于所述阴极间隔层和所述背面掺杂层背向所述漂移层的一侧表面的阴极主体层；所述背面掺杂层的导电类型分别与所述阴极层和所述漂移层的导电类型相反。
[0019]可选的，形成所述漂移层、背面掺杂层和阴极层的步骤包括：提供初始体层，所述初始体层包括漂移层；在所述漂移层底部的初始体层中形成初始背面掺杂层；在所述初始背面掺杂层背离所述漂移层的一侧形成第一沟槽，所述第一沟槽位于部分厚度的初始背面掺杂层中；在第一沟槽的底部的初始背面掺杂层中以及第一沟槽侧部的初始背面掺杂层中形成阴极层，所述阴极层的厚度大于第一沟槽的深度且小于初始背面掺杂层的厚度，阴极层之外的所述初始背面掺杂层构成背面掺杂层。
[0020]可选的，形成所述漂移层、背面掺杂层和阴极层的步骤包括：提供初始体层，所述初始体层包括漂移层；在所述漂移层底部的初始体层中形成背面掺杂层；形成贯穿所述背面掺杂层的第三沟槽；形成覆盖所述背面掺杂层且填充所述第三沟槽的阴极层。
[0021]可选的，在形成所述阴极层的步骤中，所述阴极层背离所述漂移层的一侧具有第一沟槽，所述第一沟槽的位置与所述第三沟槽的位置对应。
[0022]可选的，还包括：形成覆盖所述阴极主体层且朝向第一沟槽凹陷的阴极电极层。
[0023]可选的，还包括：在所述漂移层的另一侧形成阳极层；所述阳极层位于漂移层背离所述背面掺杂层的一侧。
[0024]可选的，形成所述阳极层的步骤包括：提供初始体层，所述初始体层包括漂移层；在所述漂移层顶部的部分厚度的初始体层中形成阳极层；在阳极层背离所述漂移层的一侧表面形成第二沟槽。
[0025]可选的，形成所述阳极层的步骤包括：提供初始体层，所述初始体层包括漂移层；在所述漂移层顶部的部分厚度的初始体层中形成第二沟槽；形成第二沟槽之后，在漂移层顶部的初始体层、以及第二沟槽侧部的初始体层中形成阳极层，所述阳极层朝向所述漂移层的一侧表面具有凸起。
[0026]可选的，还包括：形成覆盖所述阳极层且朝向第二沟槽凹陷的阳极电极层。
[0027]可选的，还包括：形成阶梯型寿命控制层，阶梯型寿命控制层的部分位于所述阳极层内，阶梯型寿命控制层的部分位于所述漂移层内；所述阶梯型寿命控制层中掺杂有H离子、He离子、铂离子中的任意一种或几种的组合。
[0028]本专利技术的有益效果在于：
[0029]本专利技术提供的快恢复二极管中，设置了背面掺杂层，所述背面掺杂层的导电类型分别与所述阴极层和所述漂移层的导电类型相反。所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺
杂层的阴极间隔层，所述阴极间隔层与所述漂移层接触；位于所述阴极间隔层和所述背面掺杂层背向所述漂移层的一侧表面的阴极主体层。在快恢复二极管正向导通时，阴极层中的电子依次通过阴极主体层、阴极间隔层注入漂移层中。在快恢复二极管反向恢复末期时，由背面掺杂层向漂移层中注入空穴，优化快恢复二极管的软恢复特性，因此抑制反向恢复电流振荡现象。
[0030]进一步，所述背面掺杂层包括一个或若干个间隔的岛状结构。背面掺杂层在漂移层表面的投影面积一定的情况下，使得背面掺杂层在各方向上的尺寸均不至于过小，这样有利于背面掺杂层的制备。其次，岛状结构间隔分布，对快恢复二极管正向导通时的电子注入的阻挡作用相对较小，这样避免增大快恢复二极管正向导通压降。
[0031]进一步，所述阴极间隔层贯穿部分所述背面掺杂层且延伸至部分漂移层中，能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快恢复二极管，其特征在于，包括：漂移层；位于所述漂移层一侧表面的背面掺杂层；阴极层，所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺杂层的阴极间隔层，所述阴极间隔层与所述漂移层接触；位于所述阴极间隔层和所述背面掺杂层背向所述漂移层的一侧表面的阴极主体层；所述背面掺杂层的导电类型分别与所述阴极层和所述漂移层的导电类型相反。2.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述背面掺杂层中的掺杂浓度比所述阴极层的掺杂浓度小1～2个数量级；所述背面掺杂层中的掺杂浓度比所述漂移层中的掺杂浓度高1～4个数量级。3.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述背面掺杂层的厚度为11μm～20μm。4.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述背面掺杂层包括一个或若干个间隔的岛状结构。5.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述背面掺杂层在所述漂移层上的投影面积为所述漂移层的横截面面积的10％～40％。6.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阴极间隔层贯穿部分所述背面掺杂层且延伸至部分漂移层中。7.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阴极主体层背向所述漂移层的一侧表面设置有第一沟槽；所述快恢复二极管还包括：阴极电极层，阴极电极层覆盖所述阴极主体层且朝向第一沟槽凹陷。8.根据权利要求7所述的快恢复二极管，其特征在于，第一沟槽的数量为若干个，相邻的第一沟槽之间的间距为11μm～20μm；所述第一沟槽的深度为1μm～20μm；所述第一沟槽的宽度为11μm～20μm。9.根据权利要求1所述的快恢复二极管，其特征在于，还包括：阳极层，位于所述漂移层背离所述背面掺杂层的一侧。10.根据权利要求9所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阳极层还延伸至部分漂移层中。11.根据权利要求9所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阳极层背离所述漂移层的一侧表面具有第二沟槽；所述快恢复二极管还包括：阳极电极层，所述阳极电极层覆盖所述阳极层且朝向第二沟槽凹陷。12.根据权利要求9至11任意一项所述的快恢复二极管，其特征在于，还包括：阶梯型寿命控制层，所述阶梯型寿命控制层的部分位于所述阳极层内，阶梯型寿命控制层的部分位于所述漂移层内；所述阶梯型寿命控制层中掺杂有H离子、He离子、铂离子中的任意一种或几种的组合。13.根据权利要求12所述的快恢复二极管，其特征在于，所述阶梯型寿命控制层的厚度为1nm～1000nm。14.一种快恢复二极管的制作方法，其特征在于，包括：
形成漂移层；形成背面掺杂层和阴极层，所述背面掺杂层位于所述漂移层一侧表面；所述阴极层包括：贯穿部分所述背面掺杂层的阴极间隔层，所述阴...

【专利技术属性】
技术研发人员：和峰，刘钺杨，刘江，王耀华，金锐，武斌，郭琳，
申请(专利权)人：国家电网有限公司国网山西省电力公司超高压变电分公司，
类型：发明
国别省市：