[發(fā)明專利]具有肖特基接觸終端的快恢復(fù)二極管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310179865.4
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103311315A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李澤宏;楊文韜;宋洵奕;宋文龍;張金平;任敏
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/08
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德;王睿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于功率半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及功率器件終端結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）是一種MOS場效應(yīng)和雙極型晶體管復(fù)合的新型電力電子器件。它既有MOSFET易于驅(qū)動，控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，又有功率晶體管導(dǎo)通壓降低，通態(tài)電流大，損耗小的優(yōu)點(diǎn)，已成為現(xiàn)代電力電子電路中的核心電子元器件之一。在驅(qū)動感性負(fù)載時(shí)，通常將快恢復(fù)二極管與IGBT反向并聯(lián)，接續(xù)感性負(fù)載的電流。因而，快恢復(fù)二極管的特性會嚴(yán)重影響整機(jī)系統(tǒng)的性能。

自大功率快恢復(fù)二極管提出以來，大量工作被投入到降低二極管導(dǎo)通壓降及關(guān)斷損耗，提高二極管反向恢復(fù)軟度，改善二極管反向恢復(fù)過程中動態(tài)雪崩等問題的研究中。大量研究結(jié)果表明，終端區(qū)域的設(shè)計(jì)嚴(yán)重影響快恢復(fù)二極管的可靠性。文獻(xiàn)(Mori,M;Kobayashi,K;Aono,S;Yasuda,Y.6.5kV?Ultra?Soft&Fast?Recovery?Diode(U-SFD)with?High?Reverse?Recovery?Capability.Proceedings?of2000International?Symposium?on?Power?Semiconductor?Devices&ICs,2000,pp.115-118）提出了HiRT（High?Reverse?Recovery?Capability）型終端結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)通過引入過渡區(qū)寄生電阻的方式優(yōu)化了終端區(qū)域載流子分布，提高了快恢復(fù)二極管的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

為進(jìn)一步改善快恢復(fù)二極管的關(guān)斷特性，本發(fā)明提出一種具有肖特基接觸終端結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管。本發(fā)明在傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管的基礎(chǔ)上（如圖1所示），將等位環(huán)接觸金屬改為肖特基接觸金屬，通過這種方式可以減小過渡區(qū)處的注入效率，優(yōu)化終端部分載流子分布，有利于提高器件的可靠性。

本發(fā)明技術(shù)方案如下：

具有肖特基接觸終端的快恢復(fù)二極管，其元胞結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括N⁺陰極區(qū)60、位于N⁺陰極區(qū)60背面的陰極金屬70、位于N⁺陰極區(qū)60上方的N型漂移區(qū)40、位于N⁺陰極區(qū)60和N型漂移區(qū)40之間的N型場緩沖層50；所述N型漂移區(qū)40表面具有元胞P型區(qū)20，元胞P型區(qū)20表面具有陽極金屬10；器件終端區(qū)的N型漂移區(qū)40表面距離元胞P型區(qū)20由近及遠(yuǎn)地分布有等位環(huán)31、第一場限環(huán)32和第二場限環(huán)33。所述等位環(huán)31表面具有與之接觸的肖特基金屬80，肖特基金屬80與等位環(huán)31表面接觸方式為肖特基接觸。所述等位環(huán)31與元胞P型區(qū)20等電位連接，形成器件終端過渡區(qū)。所述第一場限環(huán)32和第二場限環(huán)33用于改善器件反向阻斷時(shí)等位環(huán)31的電場曲率效應(yīng)，以提高器件終端的耐壓能力。所述N型場緩沖層50用以截止阻斷狀態(tài)時(shí)的電場。

上述技術(shù)方案中，所述等位環(huán)31與元胞P型區(qū)20等電位連接的實(shí)現(xiàn)方式為等位環(huán)31與元胞P型區(qū)20相接觸（如圖2所示）。所述等位環(huán)31與元胞P型區(qū)20等電位連接的實(shí)現(xiàn)方式也可以是等位環(huán)31與元胞P型區(qū)20不相接觸，而是肖特基金屬80與陽極金屬10相連接（如圖3所示）。

本發(fā)明的有益效果表現(xiàn)在：

本發(fā)明提供的具有肖特基接觸終端的快恢復(fù)二極管，在等位環(huán)處使用肖特基接觸金屬，減小了終端過渡區(qū)處的注入效率，優(yōu)化了終端部分載流子分布水平，這不僅有利于減小快恢復(fù)二極管的關(guān)斷損耗，還有利于提高器件的反向恢復(fù)過程中的可靠性。

附圖說明

圖1是傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2至圖3是本發(fā)明提供的具有肖特基接觸終端結(jié)構(gòu)示意圖。結(jié)構(gòu)包括陽極金屬10，元胞P型區(qū)20，等位環(huán)31，第一場限環(huán)32，第二場限環(huán)33，N型漂移區(qū)40，N型場緩沖層50，N⁺陰極區(qū)60，陰極金屬70，肖特基接觸金屬80。

圖4是仿真獲得的導(dǎo)通狀態(tài)下，傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管終端與本發(fā)明提出的具有肖特基接觸終端快恢復(fù)二極管的載流子分布對比圖。

圖5是仿真獲得的傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管終端與本發(fā)明提出的具有肖特基接觸終端的快恢復(fù)二極管的關(guān)斷特性曲線。

圖6是實(shí)施方案的基本工藝流程圖。

圖4至圖5中，方形圖案表示本發(fā)明提供的具有肖特基接觸終端的快恢復(fù)二極管的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)，圓形圖案表示傳統(tǒng)快恢復(fù)二極管的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

具體實(shí)施方式