[實用新型]一種快恢復二極管

有效

• 申請號: 201320677202.0
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN203589041U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 吳迪;劉鉞楊;何延強;劉雋;凌平;包海龍;張宇
• 申請（專利權）人: 國家電網公司;國網智能電網研究院;國網上海市電力公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/06;H01L21/329;H01L29/739;H01L21/331
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本實用新型涉及一種電力半導體器件，具體涉及一種快恢復二極管。

背景技術

PIN二極管傳導正向電流時，一般將從陽極（P區）和陰極（N+區）向漂移區（I區）注入大量的載流子，從陽極注入的空穴載流子在漂移區以少子的形式儲存電荷。少子注入使漂移區產生電導調制效應，從而降低正向通態壓降，這既是PIN二極管也是雙極型器件的最大優勢。當正在導通的二極管突然外加反向電壓時，由于導通時在漂移區內儲存了大量的少數載流子，器件并不會即刻關斷。只有將這些少數載流子完全抽出或是中和掉，器件才會真正關斷（即器件恢復反向阻斷能力），這一過程稱為反向恢復過程，所需時間即反向恢復時間（Trr），反向恢復時間正比于陽極摻雜總量。

在高頻應用中使用快恢復二極管可以降低電路損耗。目前絕大多數快恢復二極管均通過少子壽命控制技術形成復合中心來實現快速關斷，一般控制少子壽命的方式有電子輻照和重金屬。但使用這兩種控制方式分別存在以下問題：

1.電子輻照會導致器件漏電流偏大，由于是全局輻照，因此在快速di/dt開關時會產生電磁干擾（EMI）；器件在使用1-2年后，電子輻照缺陷會逐漸恢復，恢復速度變慢，器件特性退化，給電路帶來失效隱患；

2.重金屬常用Au和Pt，Au由于漏電流偏大只用于600V以下低壓器件中；Pt是低壓器件中很好的選擇，但由于Pt存在P型摻雜效應，因此，對于1700V以上需要高阻材料的器件，Trr參數很難控制，甚至會導致器件反型。

3.為了得到滿足恢復速度要求的快恢復二極管，往往通過增加復合中心的數量來實現，即提高電子輻照劑量或金屬摻雜溫度，但此時會帶來反向漏電，正向通態壓降Vf的升高以及雪崩耐量的降低。同時由于空穴參與電導調制，降低了二極管的壓降，但此時壓降為負溫度系數，產品不易并聯，不利于大電流電路的應用。

實用新型內容

針對現有技術的不足，本實用新型的目的是提供一種快恢復二極管，本實用新型從結構上保證PN結兩側濃度的情況下降低P區注入N-區（即I區）空穴數量，這樣就可以通過較少的復合中心來達到足夠的速度，在保證器件工作特性的基礎上，降低器件對壽命控制技術的依賴程度；同時，參與電導調制空穴數量的減少，使壓降的溫度系數趨于零，更易于并聯。

本實用新型的目的是采用下述技術方案實現的：

本實用新型提供一種快恢復二極管，所述快恢復二極管包括襯底和P區，所述P區在襯底上形成，共同構成PN結，其改進之處在于，所述P區包括由上到下依次設置的磷離子補償注入層和硼離子注入層。

進一步地，通過光刻和刻蝕所述氧化層形成有源區窗口，在所述有源區窗口上進行推結形成P+區和P區，所述P+區和P區分別如下：

所述P+區是在有源區窗口生長氧化層作為掩蔽層，在掩蔽層注入硼離子形成硼離子注入層后且在氮氣氣氛推結下形成的，其厚度為1-10um；

所述P區是在同一有源區窗口或小于有源區窗口的區域注入磷離子形成磷離子補償注入層后在氮氣氣氛下推結到形成的，其厚度為5-25um。

與現有技術比，本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型提供的快恢復二極管結構，通過P區的磷補償注入層降低快恢復二極管復合中心引入量，降低漏電，提高器件雪崩耐量；

2.本實用新型提供的快恢復二極管結構，降低P區空穴注入量，可使二極管器件壓降溫度系數接近零，易于并聯；

3.通過對P區進行磷補償注入的方式實現P區表面濃度降低，從而實現正向導通時注入空穴數量的減少，可以減小復合中心引入量。少子壽命控制在選用鉑pt擴散時可以降低鉑pt的擴散溫度，從而可以在更高電壓等級的器件上實現鉑摻雜。

附圖說明

圖1是本實用新型提供的襯底生長氧化層示意圖；

圖2是本實用新型提供的經過光刻刻蝕形成有源區窗口的結構圖；

圖3是本實用新型提供的經過注入推結后形成PN結的器件結構圖；

圖4是本實用新型提供的有源區經過磷注入補償后的器件結構圖；

圖5是本實用新型提供的未經過有源區磷補償的器件縱向摻雜濃度分布圖；

圖6是本實用新型提供的經過有源區磷補償的器件縱向摻雜濃度分布圖；其中：1表示襯底N+層；2表示襯底N-層；3表示氧化層；4表示p+區；5表示p區。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步的詳細說明。