[發(fā)明專利]一種金剛石肖特基勢壘二極管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510059981.1
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104638026B
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 熊鷹;王兵;楊玉青;劉德雄;王關(guān)全;劉業(yè)兵
• 申請（專利權(quán)）人: 西南科技大學(xué)
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司51214
• 代理人: 卿誠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，具體為一種金剛石肖特基勢壘二極管及其制備方法，其是一種（110）取向金剛石肖特基勢壘二極管及其制備方法。

背景技術(shù)

功率半導(dǎo)體器件作為功率電路系統(tǒng)的核心部分，其決定著系統(tǒng)的效率、尺寸、適用范圍和可靠性。目前，大部分功率半導(dǎo)體器件是由硅材料制作而成，然而隨著硅工藝的發(fā)展，其器件性能已逼近硅材料的極限值。為了滿足高溫、高壓和大功率的應(yīng)用要求，需要選擇更為合適的替換材料，如寬帶隙半導(dǎo)體材料。

與傳統(tǒng)的寬帶隙半導(dǎo)體材料（如碳化硅、氮化鎵等）相比，金剛石具有更大的帶隙寬度（~ 5.5 eV），高的飽和載流子遷移率（3800 cm²/V?s（空穴）和4500 cm²/V?s（電子）），大的擊穿電壓，高的熱導(dǎo)率以及極高的化學(xué)惰性和硬度等特點(diǎn)。因此，金剛石是替代硅材料的理想材料之一。

肖特基勢壘二極管（SBD）的勢壘高度小于PN結(jié)勢壘，其開啟電壓和導(dǎo)通壓降均較PiN二極管小，可降低電路中的功率損耗。此外，肖特基勢壘二極管作為多數(shù)載流子器件，其不存在少數(shù)載流子的注入和存儲，反應(yīng)恢復(fù)時(shí)間短，開關(guān)速度快，同時(shí)由于結(jié)電容較低，可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車、混合動(dòng)力車等需進(jìn)行功率轉(zhuǎn)換的逆變器、轉(zhuǎn)換器、PFC電路，以及太陽能、風(fēng)能等新能源中得整流、逆變等領(lǐng)域。

P型同質(zhì)外延單晶金剛石薄膜由于硼原子的受主能級較淺（E_A= 0.37 eV），易于大范圍內(nèi)控制其電阻率和載流子遷移率等參數(shù)，因此，當(dāng)前金剛石結(jié)型器件的研究主要集中在基于P型同質(zhì)外延單晶金剛石的金屬肖特基勢壘二極管。然而，同質(zhì)外延所采用的HPHT單晶金剛石襯底價(jià)格昂貴，且尺寸較小（通常僅為 3 × 3 × 0.5 mm），不利于以P型同質(zhì)外延單晶金剛石薄膜肖特基勢壘二極管的大規(guī)模廣泛使用。

近年來，大量研究表明：異質(zhì)外延沉積的高度織構(gòu)化取向的多晶金剛石薄膜的諸多物理性質(zhì)與同質(zhì)外延單晶金剛石非常接近。而與同質(zhì)外延沉積技術(shù)相比，異質(zhì)外延沉積技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)、通用、能大面積制備的特點(diǎn)，這將為以高度織構(gòu)化取向的P型異質(zhì)外延金剛石肖特基勢壘二極管的廣泛應(yīng)用提供可靠的技術(shù)保障。

然而，盡管具有高度織構(gòu)化的多晶金剛石薄膜的物理性質(zhì)類似于單晶金剛石薄膜，但與單晶金剛石薄膜相比，由于多晶金剛石薄膜仍不可避免地存在大量晶界和位錯(cuò)等缺陷，而這些缺陷勢必導(dǎo)致肖特基勢壘二極管的綜合性能下降。

因此，迫切需要一種新的器件，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

為此，申請人對基于高度織構(gòu)化的摻硼多晶金剛石薄膜的肖特基勢壘二極管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將多晶金剛石薄膜中的晶界等缺陷對其性能的影響降低到最小化，有效提升其綜合性能。

本發(fā)明的發(fā)明目的在于：針對目前現(xiàn)有的高度織構(gòu)化的摻硼多晶金剛石薄膜的肖特基勢壘二極管，由于多晶金剛石薄膜仍不可避免地存在大量晶界和位錯(cuò)等缺陷，而陷勢必導(dǎo)致肖特基勢壘二極管的綜合性能下降的問題，提供一種金剛石肖特基勢壘二極管及其制備方法。本發(fā)明首先提出一種交叉“指”狀的平面型肖特基勢壘二極管及其制備方法，該二極管具有低開啟電壓、低反向漏電流和較高的整流比，能夠?qū)⒍嗑Ы饎偸∧ぶ械木Ы绲热毕輰ΧO管性能的影響降低到最小化，具有顯著的進(jìn)步意義。同時(shí)，本發(fā)明具有制作工藝簡單、制作成本低的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效降低其制造成本，滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)、應(yīng)用的需求，具有廣闊的應(yīng)用前景。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種金剛石肖特基勢壘二極管，包括單晶硅基片、硼摻雜的（110）取向金剛石外延層、交叉指狀電極，所述硼摻雜的（110）取向金剛石外延層設(shè)置在單晶硅基片上，所述交叉指狀電極設(shè)置在硼摻雜的（110）取向金剛石外延層表面上；

所述交叉指狀電極包括肖特基接觸電極、歐姆接觸電極，所述肖特基接觸電極、歐姆接觸電極分別位于硼摻雜的（110）取向金剛石外延層表面，所述肖特基接觸電極與歐姆接觸電極之間呈交叉指狀分布。

該二極管的反向漏電流能低至1× 10^-8 A，開啟電壓能低至3 V，整流比達(dá)10⁴。

還包括與肖特基接觸電極相連的第一引線、與歐姆接觸電極相連的第二引線，所述肖特基接觸電極包括第一主電極、若干個(gè)與第一主電極相連的第一指電極，所述歐姆接觸電極包括第二主電極、若干個(gè)與第二主電極相連的第二指電極，所述第一指電極與第二指電極之間呈水平交叉指狀分布，所述第一主電極與第一引線相連，所述第二主電極與第二引線相連。