[發(fā)明專利]一種基于電子輻照控制PN結(jié)缺陷能級的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710054075.1
• 申請日: 2017-01-22
• 公開（公告）號: CN106920742B
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭春生;王若旻;馮士維
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H01L21/268
• 分類號: H01L21/268;H01L21/66
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了一種基于電子輻照控制PN結(jié)缺陷能級的方法，其步驟為：(1)一次加工前的摸底實驗，根據(jù)輻照條件對器件進(jìn)行分組；(2)按照輻照條件對器件進(jìn)行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；(3)在常溫常壓下儲存器件以保證性能達(dá)到穩(wěn)定；(4)測試DLTS深能級瞬態(tài)譜，確定缺陷能級位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；(5)測試電學(xué)特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關(guān)特性；(6)進(jìn)行批量加工生產(chǎn)。本發(fā)明可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級位置、濃度等參數(shù)，重復(fù)性好，在進(jìn)行前期測試后可以進(jìn)行批量加工，實現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項性能的目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本技術(shù)涉及輻照改性領(lǐng)域。主要應(yīng)用于使用電子輻照控制PN結(jié)中缺陷能級參數(shù)。

背景技術(shù)

隨著功率開關(guān)器件工作頻率不斷提高，對與之并聯(lián)的的快恢復(fù)二極管的開關(guān)速度和綜合性能的要求也在不斷提高。電子輻照改性技術(shù)因其具有一致性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點已代替摻金、摻鉑工藝成為常用器件性能優(yōu)化技術(shù)之一。對二極管的性能優(yōu)化主要目標(biāo)是使用不同的壽命控制技術(shù)，通過在禁帶中引入缺陷能級作為復(fù)合中心，從而降低少數(shù)載流子壽命，提高開關(guān)速度，同時需要保證其他性能的退化程度不影響使用要求，得到良好的折中關(guān)系。

目前對電子輻照改性二極管的方法主要集中于使用同一輻照能量，改變不同的輻照時間，即輻照注量關(guān)系，配合不同的退火溫度，測試器件的少子壽命及電學(xué)性能變化關(guān)系。但實際影響被輻照器件性能的關(guān)鍵在于PN結(jié)中引入缺陷能級的位置和濃度等參數(shù)，缺陷能級位置越靠近禁帶中央，缺陷濃度越高，復(fù)合作用越明顯，器件的少子壽命越低，但其他性能退化越嚴(yán)重。如果可以對缺陷能級實現(xiàn)精確控制，則可以按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件的各項性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明技術(shù)的目的提供一種基于電子輻照控制PN結(jié)缺陷能級的方法，可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級位置、濃度等參數(shù)，重復(fù)性好，在進(jìn)行前期測試后可以進(jìn)行批量加工，實現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項性能的目標(biāo)。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于電子輻照控制PN結(jié)缺陷能級的方法，該方法的步驟為：

(1)一次加工前的摸底實驗，根據(jù)輻照條件對器件進(jìn)行分組；

(2)按照輻照條件對器件進(jìn)行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；

(3)在常溫常壓下儲存器件以保證性能達(dá)到穩(wěn)定；

(4)測試DLTS神能級瞬態(tài)譜，確定缺陷能級位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；

(5)測試電學(xué)特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關(guān)特性；

(6)進(jìn)行批量加工生產(chǎn)。

采用2.0及5.0MeV電子加速器，電子束流強度為0.1mA，電流不穩(wěn)定度±2％，不均勻度±5％，輻照注量為5.5×10¹³、1.7×10¹⁴和3.3×10¹⁴e/cm^-2。

輻照環(huán)境為常溫、常壓，輻照方向為垂直于樣品負(fù)極方向，輻照過程中增加風(fēng)、水冷系統(tǒng)以保證樣品表面溫度不會超過50℃。

改變輻照能量、注量條件控制缺陷能級位置及濃度，進(jìn)而控制電學(xué)特性參數(shù)。

本發(fā)明利用電子輻照能量需要達(dá)到一定位移閾值才可以在半導(dǎo)體材料中引入缺陷能級的特點控制缺陷能級的數(shù)量。同時，電子輻照過程中電子束與晶格原子進(jìn)行能量交換時引發(fā)的晶格振動，可以作為短時退火過程，降低不穩(wěn)定的淺位置缺陷能級的濃度。

本發(fā)明采用的方法通過控制電子輻照能量的高低，控制深淺位置能級的個數(shù)；通過控制電子輻照注量的大小，控制缺陷濃度的高低。

本發(fā)明采用的方法通過電子輻照條件控制缺陷能級的參數(shù)，進(jìn)而控制器件電學(xué)性能，達(dá)到按照生產(chǎn)需要定向優(yōu)化器件性能的目的。