[實用新型]一種SiC結(jié)勢壘肖特基二極管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820717286.9
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN208521941U
• 公開（公告）日: 2019-02-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫茂友;宋李梅;周麗哲
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇矽導(dǎo)集成科技有限公司
• 主分類號: H01L29/872
• 分類號: H01L29/872
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陳棟智

本實用新型公開了二極管領(lǐng)域內(nèi)的一種SiC結(jié)勢壘肖特基二極管，包括N⁺?SiC襯底；形成于N⁺?SiC襯底背部的陰極電極；形成于N⁺?SiC襯底上的同型N^??SiC外延層；形成于N^??SiC外延層上的SiO₂介質(zhì)層和陽極電極；形成于陽極電極下的P^?結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)；P^?型結(jié)終端擴展位于肖特基結(jié)的外邊緣處，具有漸變的摻雜濃度。本實用新型中的SiC肖特基二極管采用濃度漸變的結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)，解決了結(jié)終端擴展結(jié)構(gòu)對摻雜濃度和劑量過于敏感的問題，可用于電力電子領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種二極管，特別涉及一種肖特基二極管。

背景技術(shù)

電力電子技術(shù)是利用如晶閘管、GTO、IGBT等電力電子器件對電能進行變換和控制的一門電子技術(shù)，在當今能源開發(fā)和利用中發(fā)揮著舉足輕重的作用。當前，傳統(tǒng)的硅基電力電子器件的性能指標水平基本上維持在109-1010W?Hz，已逼近了硅材料因寄生二極管制約而能達到的極限。為了突破目前的器件極限，一般選擇采用寬能帶間隙材料制作的半導(dǎo)體器件，如碳化硅（SiC）或氮化鎵（GaN）器件。

碳化硅材料具有優(yōu)良的物理和電學特性，以其寬的禁帶寬度、高的熱導(dǎo)率、大的飽和漂移速度和高的臨界擊穿電場等獨特優(yōu)點，成為制作大功率、高頻、耐高溫、抗輻射器件的理想半導(dǎo)體材料。碳化硅電力電子器件的擊穿電壓可達到硅器件的十倍，而導(dǎo)通電阻僅為硅器件的數(shù)十分之一，開關(guān)速度快，熱導(dǎo)率高，電能轉(zhuǎn)換損耗小，散熱系統(tǒng)簡單，最終使整個系統(tǒng)的體積和重量顯著降低。以SiC材料制備的電力電子器件已成為目前半導(dǎo)體領(lǐng)域的熱點器件和前沿研究領(lǐng)域之一，是電力電子技術(shù)最為重要的發(fā)展方向，在軍事和民用領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

利用SiC材料制備的肖特基二極管能提供理想的動態(tài)性能。SiC肖特基二極管屬于多數(shù)載流子器件，工作過程中沒有電荷儲存，因此反向恢復(fù)電流僅由耗盡層結(jié)電容造成，其反向恢復(fù)電流以及其反向恢復(fù)損耗比Si超快恢復(fù)二極管要低一到兩個數(shù)量級；進一步地，能夠大幅度減少和SiC肖特基二極管匹配的開關(guān)管的開通損耗，提高電路的開關(guān)頻率；進一步地，SiC肖特基二極管幾乎沒有正向恢復(fù)電壓，能夠立即導(dǎo)通，不存在雙極型器件的開通延時現(xiàn)象。在常溫下，SiC肖特基二極管的正向?qū)▔航岛蚐i超快恢復(fù)器件基本相同，但是由于SiC肖特基二極管的導(dǎo)通電阻具有正溫度系數(shù)，這將有利于將多個SiC肖特基二極管并聯(lián)。在二極管單芯片面積和電流受限的情況下，這可以大幅度提高SiC肖特基二極管的容量，使它在較大容量中的應(yīng)用成為可能。SiC肖特基二極管可以廣泛應(yīng)用于電動汽車/混合動力車等需進行功率轉(zhuǎn)換的逆變器、轉(zhuǎn)換器、PFC電路，以及太陽能、風能等新能源中的整流、逆變等領(lǐng)域。

在電力電子系統(tǒng)中，電力電子器件的特性對系統(tǒng)性能的實現(xiàn)和改善起著至關(guān)重要的作用。由于器件的擊穿電壓在很大程度上取決于結(jié)曲率引起的邊緣強電場，因此為了緩解表面終止的結(jié)邊緣處的電場集中，提高器件的實際擊穿電壓，需要對器件進行結(jié)終端結(jié)構(gòu)的設(shè)計。結(jié)終端結(jié)構(gòu)主要包括場板（FP）、場限環(huán)（FLR）、結(jié)終端延伸（JTE）等。在平面結(jié)終端技術(shù)中，場板技術(shù)對耐壓的提升有限，不能達到耐壓要求；場限環(huán)技術(shù)能達到耐壓要求，但是其對環(huán)間距太過敏感，器件設(shè)計和工藝難度大；JTE的擊穿效率最高，在SiC電力電子器件結(jié)構(gòu)中具有非常廣泛的應(yīng)用。