高耐压、低导通电阻的光电导开关及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种高耐压、低导通电阻的光电导开关的制造方法，包括步骤：提供半绝缘衬底，在其上形成透明电极层；在透明电极层上旋涂光刻胶层，对透明电极层作图形化，在半绝缘衬底的左右两端分别形成透明电极；在半绝缘衬底和透明电极上旋涂第二光刻胶层，对第二光刻胶层作图形化，露出需要形成金属电极的区域；形成金属电极，其与透明电极分别相接触而与半绝缘衬底隔开；去除第二光刻胶层。相应地，本发明专利技术还提供一种高耐压、低导通电阻的光电导开关。本发明专利技术在保证一定电极间距的情况下，增加了开关的电流密度容量，减小了场强集中，从而使光电导开关在具有高耐压特性的同时，还具有较低的导通电阻。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大功率半导体开关器件制备
，具体来说，本专利技术涉及一种。
技术介绍
开关是电力电子电路中必不可少的部件之一，而在大功率系统中开关的性质体现得尤为重要。所谓大功率系统，即须同时承受大的电压和电流。大的电压带给器件最直接的问题是强电场加速载流子引起的雪崩·击穿，而大电流下容易由于热效应产生热击穿。这两种失效形式是大功率开关器件所面临的难题。目前实际应用中的这种大功率开关为火花隙开关，即利用强场下气体击穿放电形成的放电通道来实现对大电压和大电流的导通。由于气体放电通道本身就是一种随机过程，因此该开关在稳定性方面存在着问题。此外，由于该开关由于涉及到密闭气体腔、触发装置和散热装置等使得开关系统十分庞大和复杂，进一步削弱了其工作的稳定性，不能很好的满足国防高精尖科技领域对高性能大功率开关的需求。目前半导体开关由于具有较好的稳定性，小的体积以及容易集成等优势，而为大功率开关的研究人员关注。虽然半导体MSFET、MOSFET、IGBT等大功率开关器件的出现满足了部分领域的需求，但它们的耐压和电流尚有待提高，目前还不能满足如大功率脉冲功率电源，直流感应加速器，冲击雷达等领域的需求。而半导体光电导开关是潜在的很好的大功率应用领域的开关。第一个光电导开关原型在1974年由贝尔实验室的D. H. Auston制备，材料采用高阻Si JMSi禁带宽度小，临界击穿场强低，而且存在致命的热奔现象，不能得到高性能的开关；1976年,马里兰大学的Chi H. Lee制备了第一个GaAs光电导开关,随后GaAs 光电导开关便成为此领域研究的焦点。虽然GaAs具有迁移率高的优点，但其散热性较差， 临界击穿场强不够高，难以胜任大功率领域的应用。因此这些光电导开关都还处于实验室研究阶段。随着宽禁带半导体材料制备技术的日益成熟，人们把制备大功率光电导开关的目光放到了宽禁带半导体材料上来。SiC作为宽禁带半导体的代表具有较其他宽禁带半导体材料更为突出的优势——高的临界击穿场强和热导率，而这两点正是之前Si和GaAs材料制备光电导开关所无法解决的瓶颈问题。根据SiC材料的特性，在近几年的研究中提出了一些SiC光电导开关的技术方案。 主要结构还是传统的同面型和异面正对型开关，其主要特点是两个电极间由半绝缘的SiC 材料隔离开，光激发两电极间的SiC使其产生大量的光生载流子，从而形成导通状态。开关的导通电阻主要由两电极间激发的SiC材料的电阻构成。较GaAs而言，SiC的迁移率要小很多，因此在同等结构条件下SiC开关的导通电阻要比GaAs大一些。开关一定的间距是对耐高压的保证，但开关的导通电阻又与间距成正比，因此维持开关的高耐压和低导通电阻存在矛盾。因此要充分发挥SiC材料的优势，必须减小开关的导通电阻。因此，迫切需要一种具有新型结构的半导体光电导开关，在具有高耐压特性的同时，还具有较低的导通电阻。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种，使该光电导开关在具有高耐压特性的同时，还具有较低的导通电阻。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高耐压、低导通电阻的光电导开关的制造方法，包括步骤提供半绝缘衬底，在其上形成透明电极层；在所述透明电极层上旋涂第一光刻胶层，经过曝光、显影和刻蚀，对所述透明电极层作图形化，在所述半绝缘衬底的左右两端分别形成透明电极；去除所述第一光刻胶层；在所述半绝缘衬底和所述透明电极上旋涂第二光刻胶层，经过曝光和显影，对所述第二光刻胶层作图形化，露出需要形成金属电极的区域；在所述金属电极的区域形成所述金属电极，所述金属电极与所述透明电极分别相接触而与所述半绝缘衬底隔开；去除所述第二光刻胶层，形成所述光电导开关。可选地，在形成所述透明电极层之前还包括步骤在所述半绝缘衬底上沉积绝缘介质层,所述绝缘介质层包围所述半绝缘衬底的边缘；在所述绝缘介质层上旋涂第三光刻胶层，经过曝光、显影和刻蚀，对所述绝缘介质层作图形化，露出所述半绝缘衬底的中心区域和需要形成所述透明电极的区域。可选地，在去除所述第二光刻胶层之后还包括步骤 在所述金属电极、所述透明电极和所述半绝缘衬底上沉积透明绝缘层；采用光刻和刻蚀的方法对所述透明绝缘层作图形化，露出其所覆盖的所述金属电极的两侧边缘区域。可选地，所述半绝缘衬底的电阻率范围为IO5 IO12 Ω cm。可选地，所述半绝缘衬底的材料为金刚石、SiC或者GaAs。可选地，所述半绝缘衬底的材料为4H、6H或者3C晶型的单晶SiC。可选地，所述单晶SiC是通过高纯、非故意掺杂或者钒掺杂方式获得的。可选地，所述透明电极层是通过外延或者溅射工艺形成在所述半绝缘衬底上的。可选地，所述透明电极层的厚度范围为O.1 100 μ m。可选地，所述透明电极的材料为ITO、IGZ0、Zn0、MgZn0、Sn0、AlZnO或者MgAlZnO。可选地，所述金属电极是通过溅射或者蒸镀工艺形成的。可选地，所述金属电极的材料为Ta、T1、W、Cr、Co、Zn、Al、Cu、Au金属单质或者其任意组合的合金。可选地,所述绝缘介质层的材料为SiO2或者Si3N4。可选地，所述透明绝缘层的材料包括紫外透明绝缘材料和可见光透明绝缘材料。可选地，所述透明绝缘层的材料为Si02、Si3N4或者硅凝胶。可选地,所述SiO2或者Si3N4绝缘介质层或者透明绝缘层是通过PECVD工艺沉积的。相应地，为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种高耐压、低导通电阻的光电导开关，包括半绝缘衬底；两个透明电极，分别位于所述半绝缘衬底上的左右两端；两个金属电极，分别位于两个所述透明电极的上方并与其相接触，所述金属电极与所述半绝缘衬底隔开。可选地，所述光电导开关还包括绝缘介质层，位于所述半绝缘衬底的左右两端的边缘处并包围所述边缘,将包围所述绝缘介质层的所述金属电极与所述半绝缘衬底之间隔开。可选地，所述光电导开关还包括透明绝缘层，位于所述金属电极、所述透明电极和所述半绝缘衬底的中心区域上， 所述透明绝缘层露出所述金属电极的两侧边缘区域。可选地，所述半绝缘衬底的电阻率范围为IO5 1012Qcm。可选地，所述半绝缘衬底的材料为金刚石、SiC或者GaAs。可选地，所述半绝缘衬底的材料为4H、6H或者3C晶型的单晶SiC。可选地，所述透明电极层的厚度范围为O.1 100 μ m。可选地，所述透明电极的材料为ITO、I GZ0、 Zn0、MgZn0、Sn0、AlZnO或者MgAlZnO。可选地，所述金属电极的材料为Ta、T1、W、Cr、Co、Zn、Al、Cu、Au金属单质或者其任意组合的合金。可选地，所述透明电极和/或金属电极的边缘为圆角结构。可选地,所述绝缘介质层的材料为SiO2或者Si3N4。可选地，所述透明绝缘层的材料包括紫外透明绝缘材料和可见光透明绝缘材料。可选地,所述透明绝缘层的材料为Si02、Si3N4或者娃凝胶。可选地，使所述光电导开关导通的激发光源为紫外光源、绿色光源或者红色光源。可选地，所述紫外光源的波长范围为200nm 380nm，所述绿色光源的波长范围为 520nm 550nm,所述红色光源的波长范围为650nm llOOnm。可选地，所述金属电极的面积小于所述透明电极的面积。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术的结构在暗态时外电压加于光电导开本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高耐压、低导通电阻的光电导开关的制造方法，包括步骤：提供半绝缘衬底，在其上形成透明电极层；在所述透明电极层上旋涂第一光刻胶层，经过曝光、显影和刻蚀，对所述透明电极层作图形化，在所述半绝缘衬底的左右两端分别形成透明电极；去除所述第一光刻胶层；在所述半绝缘衬底和所述透明电极上旋涂第二光刻胶层，经过曝光和显影，对所述第二光刻胶层作图形化，露出需要形成金属电极的区域；在所述金属电极的区域形成所述金属电极，所述金属电极与所述透明电极分别相接触而与所述半绝缘衬底隔开；去除所述第二光刻胶层，形成所述光电导开关。

【技术特征摘要】
1.一种高耐压、低导通电阻的光电导开关的制造方法，包括步骤 提供半绝缘衬底，在其上形成透明电极层； 在所述透明电极层上旋涂第一光刻胶层，经过曝光、显影和刻蚀，对所述透明电极层作图形化，在所述半绝缘衬底的左右两端分别形成透明电极； 去除所述第一光刻胶层； 在所述半绝缘衬底和所述透明电极上旋涂第二光刻胶层，经过曝光和显影，对所述第二光刻胶层作图形化，露出需要形成金属电极的区域； 在所述金属电极的区域形成所述金属电极，所述金属电极与所述透明电极分别相接触而与所述半绝缘衬底隔开； 去除所述第二光刻胶层，形成所述光电导开关。2.根据权利要求1所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，在形成所述透明电极层之前还包括步骤 在所述半绝缘衬底上沉积绝缘介质层，所述绝缘介质层包围所述半绝缘衬底的边缘； 在所述绝缘介质层上旋涂第三光刻胶层，经过曝光、显影和刻蚀，对所述绝缘介质层作图形化，露出所述半绝缘衬底的中心区域和需要形成所述透明电极的区域。3.根据权利要求2所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，在去除所述第二光刻胶层之后还包括步骤 在所述金属电极、所述透明电极和所述半绝缘衬底上沉积透明绝缘层； 采用光刻和刻蚀的方法对所述透明绝缘层作图形化，露出其所覆盖的所述金属电极的两侧边缘区域。4.根据权利要求1所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述半绝缘衬底的电阻率范围为IO5 IO12Qcm05.根据权利要求4所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述半绝缘衬底的材料为金刚石、SiC或者GaAs。6.根据权利要求5所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述半绝缘衬底的材料为4H、6H或者3C晶型的单晶SiC。7.根据权利要求6所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述单晶SiC是通过高纯、非故意掺杂或者钒掺杂方式获得的。8.根据权利要求1所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述透明电极层是通过外延或者派射工艺形成在所述半绝缘衬底上的。9.根据权利要求8所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述透明电极层的厚度范围为O.1 100 μ m。10.根据权利要求8或9所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述透明电极的材料为 ITO、IGZO、ZnO, MgZnO, SnO, AlZnO 或者 MgAlZnO。11.根据权利要求1所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述金属电极是通过派射或者蒸镀工艺形成的。12.根据权利要求11所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述金属电极的材料为Ta、T1、W、Cr、Co、Zn、Al、Cu、Au金属单质或者其任意组合的合金。13.根据权利要求2所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述绝缘介质层的材料为SiO2或者Si3N4。14.根据权利要求3所述的光电导开关的制造方法，其特征在于，所述透明绝缘层的材料包括紫外透明绝缘材料和可见光透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄维，常少辉，刘学超，王乐星，庄击勇，陈辉，施尔畏，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，上海硅酸盐研究所中试基地，
类型：发明
国别省市：