本发明专利技术公开了一种快速软恢复功率开关二极管，从上到下依次设置有P+阳极区、超结部分、N-层和N+P+N+阴极区；所述的超结部分为对半设置的N柱和P柱组成，N柱和P柱沿横向排列，超结部分的N柱和P柱至少设置一对。本发明专利技术还公开了该种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。本发明专利技术的快速软恢复功率开关二极管及制备方法，使得二极管的反向恢复峰值电流较常规的PiN二极管大大减小，反向阻断特性和正向导通特性有了很大提升，能够更好的适用于高频电路应用中。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力半导体器件
，涉及一种快速软恢复功率开关二极管，本专利技术还涉及该种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。
技术介绍
电力半导体器件的发展，特别是新型器件的出现和应用，都会以自己独有的特性占有不同的相关领域，使应用范围不断的拓展。同时，电力电子技术的发展对器件提出更高的要求，又会促进器件性能的提高和新器件的研究与发展。在许多工作条件下，很多器件需要一个与之反并联的二极管以提供续流通道，减少电容的充放电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。其中续流二极管的反向特性对施加于有源元件的尖峰电压及电路的效率产生很大影响，要求具有良好的快速和软恢复特性。 二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降Vf，“关”态有微小的电流Itlt5如图1所示，当电压由正向变为反向时，电流并不立刻成为(-g，而是在一段时间％内，反向电流始终很大，二极管并不关断。经过ts后，反向电流才逐渐变小，再经过tf时间，二极管的电流才成为(-g，ts称为储存时间，tf称为下降时间。t? = ts+tf称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。软度因子S定义Ss = tf/ts，s越大，说明反向恢复电流曲线越平缓，即曲线的软度越好。Ifni为正向通态电流，I?为反向恢复峰值电流。传统的Si功率PiN开关二极管虽然具有较低的正向压降、较好的阻断能力、造价低廉、制作简单，然而它的反向恢复性能较差。为减少开态时的贮存电荷量获得较快的开关速度，常利用金和钼的扩散以及通过高能电子辐照等引入复合中心的方法减少少子寿命，这样又会造成二极管的硬恢复特性差及漏电流较大，同时也不易于集成。因此需要采用新材料和新结构解决这样的矛盾。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种快速软恢复功率开关二极管，解决了现有技术中存在的传统PiN 二极管的反向恢复峰值电流过大，反向恢复时间长的问题。本专利技术的另一个目的是提供该种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，一种快速软恢复功率开关二极管，从上到下依次设置有P+阳极区、超结部分、N_层和N+P+N+阴极区。本专利技术所采用的第二种技术方案是，一种快速软恢复功率开关二极管的制备方法，按照如下步骤实施:步骤1、选取掺杂浓度均为2X 1014cm_3-3X 115cnT3数量级的轻掺杂衬底晶片，厚度为 20 μ m-400 μ m ；步骤2、采用外延方法，使用氢气作为还原剂，在1100°C -1300°C高温下四氯化硅被氢还原析出娃，外延时间为20_120min,形成厚度为10 μ m_200 μ m的本征娃片；步骤3、采用干-湿-干氧化法在本征硅片表面生长一层S12薄膜，厚度为2-4 μ m ；步骤4、涂抹并刻蚀光刻胶，使得右半部分S12表面裸露出来；步骤5、刻蚀S12露出需要进行离子注入的右半边硅片表面区域；步骤6、进行硼离子注入；步骤7、刻蚀掉剩余光刻胶和S12掩蔽层；步骤8、采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜S12,厚度为2-4 μ m，并涂抹刻蚀光刻胶；步骤9、刻蚀S12露出需要进行离子注入的左半边硅片表面区域；步骤10、进行磷离子注入；步骤11、刻蚀掉剩余光刻胶和S12掩蔽层；没有区别这个步骤是重复的，只不过刻蚀部位不同；步骤12、进行硼离子注入形成阳极区；步骤13、翻转 器件；步骤14、采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜S12,厚度为2-4 μ m ;步骤15、涂抹并刻蚀光刻胶，使得与阴极P+柱宽度相等部分S12表面裸露出来；步骤16、刻蚀未被掩蔽的S12区域，露出需要进行离子注入的硅片表面区域；步骤17、进行硼离子注入；步骤18、刻蚀掉剩余光刻胶和S12掩蔽层；步骤19、氧化形成S12并涂抹刻蚀光刻胶，采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜S12,厚度为2-4 μ m ;步骤20、涂抹并刻蚀光刻胶，使得剩余光刻胶覆盖对应阳极P+柱的上方部位；步骤21、刻蚀未被光刻胶覆盖的S12，露出需要进行离子注入的硅片表面区域；步骤22、进行磷离子注入；步骤23、刻蚀掉剩余光刻胶和S12掩蔽层；步骤24、蒸铝:双面蒸铝形成阴极和阳极欧姆接触，并做S12钝化保护，最终形成具有阴极P+柱结构和超结结构的功率开关二极管。本专利技术的有益效果是:在阴极区和耐压层中分别引入P+柱掺杂结构和超结结构以后，经实验，二极管的反向恢复峰值电流较常规的PiN 二极管减小了将近一半；反向恢复时间缩短到原来的1/3左右；较低的反向恢复时间使得该结构的快速软恢复功率开关二极管能够更好的适用于高频电路应用中，并减小了在高频振荡中由于反向恢复峰值电流过大而引起电路烧毁的可能性。同时，在同等掺杂浓度下，该结构的反向阻断特性较现有PiN 二极管提升了 1/3左右，且具有更小的正向导通压降^，使得器件在动态电路中工作时能够获得更小的功率损耗，极大的节约了能源和提升了电能的利用率。【附图说明】图1是现有的功率开关二极管的反向恢复电流图；图2是现有的功率开关二极管(PiN 二极管)的器件纵向剖面图；图3是本专利技术快速软恢复功率开关二极管的器件纵向剖面图；图4是本专利技术快速软恢复功率开关二极管与普通二极管和PiN 二极管的反向恢复特性对比曲线；图5是本专利技术快速软恢复功率开关二极管和现有PiN 二极管的反向阻断特性对比曲线；图6是本专利技术快速软恢复功率开关二极管和现有PiN 二极管的正向导通特性对比曲线；图7是本专利技术快速软恢复功率开关二极管在外压为OV时的空间电荷图；图8是本专利技术快速软恢复功率开关二极管的制作工艺流程示意图。图中，LP+阳极区，2.超结部分，3.Ν_层，4.N+P+N+阴极区。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术进行详细说明。如图2所示，现有的功率开关二极管(PiN 二极管)的结构是，从上到下依次设置有P+阳极区、N—耐压层和N+阴极区。如图3所示，本专利技术快速软恢复功率开关二极管，从上到下依次设置有P+阳极区1、超结部分2、N—层3(超结部分2、『层3 —起合称为耐压层)和N+P+N+阴极区4，全部是硅材料构成；其中，超结部分2为对半设置的N柱和P柱组成，N柱和P柱沿横向排列，超结部分2的N柱和P柱至少设置一对。其中的P+阳极区I的掺杂浓度为lX1019CnT3-5 X 1022CnT3，掺杂剂为硼离子，厚度 3μ m-6 μ m ；超结部分2的掺杂浓度为8 X 1014cnT3-6 X 11W,厚度为10 μ m-80 μ m, P柱和N柱厚度均为10 μ m-80 μ m,掺杂剂为磷离子和硼离子；N—层3的掺杂浓度为2X1014cnT3-3X1015cnT3，厚度为10 μ m_320 μ m，掺杂剂为磷离子；N+P+N+阴极区4的掺杂浓度为IX 1019cm_3-5 X 1022cm_3，其中N+部分掺杂剂为磷离子，厚度为3 μ m-6 μ m, P+部分掺杂剂为硼离子，P+柱高度为3 μ m-?ο μ m ;器件总宽度为20-200 μm。由上可见，本专利技术与现有结构的区别特征主要在于，引入超结部分2结构；N+P+N+阴极区4为在原有的N+阴极区中间位置贯通设置有P+阴极区(以下文本中简称P+柱)，P本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种快速软恢复功率开关二极管，其特点在于：从上到下依次设置有P+阳极区(1)、超结部分(2)、N‑层(3)和N+P+N+阴极区(4)。
【技术特征摘要】
1.一种快速软恢复功率开关二极管，其特点在于:从上到下依次设置有P+阳极区(I)、超结部分⑵、N_层(3)和N+P+N+阴极区(4)。2.根据权利要求1所述的快速软恢复功率开关二极管，其特点在于:所述的超结部分(2)为对半设置的N柱和P柱组成，N柱和P柱沿横向排列，超结部分(2)的N柱和P柱至少设置一对。3.根据权利要求1所述的快速软恢复功率开关二极管，其特点在于: 所述的P+阳极区⑴的掺杂浓度为lX1019Cm_3-5 X 1022Cm_3，掺杂剂为硼离子，厚度为.3μ m_6 μ m ； 所述的超结部分⑵的掺杂浓度为8X 1014cnT3-6X 1015cnT3，厚度为10 μ m-80 μ m，P柱和N柱厚度均为10 μ m-80 μ m,掺杂剂为磷离子和硼离子； 所述的N—层(3)的掺杂浓度为2 X 1014Cm_3-3 X 1015cnT3，厚度为10 μ m-320 μ m,掺杂剂为磷离子； 所述的N+P+N+阴极区(4)的掺杂浓度为IX 1019cm_3-5 X 1022cm_3，其中N+部分掺杂剂为磷离子，厚度为3 μ m-6 μ m, P+部分掺杂剂为硼离子，P+柱高度为3 μ m-10 μ m ;器件总宽度为 20-200 μ m。4.一种权利要求1-3任一快速软恢复功率开关二极管的制备方法，其特征在于，按照如下步骤实施: 步骤1、选取掺杂浓度均为2X 1014cm_3-3X 115CnT3数量级的轻掺杂衬底晶片，厚度为.20 μ m-400 μ m ； 步骤2、采用外延方法，使用氢气作为还原剂，在1100°C -1300°C高温下四氯化硅被氢还原析出娃，外延时间为20_120min,形成厚度为10 μ m_200 μ m的本征娃片； 步骤3、采用干-湿-干氧化法在本征硅片表面生长一层S12薄膜，厚度为2-4 μ m ; 步骤4、涂抹并刻蚀光刻胶，使得右半部分S12表面裸露出来； 步骤5、刻蚀S12露出需要进行离子注入的右半边硅片表面区域； 步骤6、进行硼离子注入； 步骤7、刻蚀掉剩余光刻胶和S12掩蔽层； 步骤8、采...
【专利技术属性】
技术研发人员：高勇，谢加强，马丽，王秀慜，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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