本发明专利技术涉及半导体技术，特别涉及一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管。本发明专利技术的二极管包括N型重掺杂单晶硅衬底、N-外延层、阴极电极和阳极电极；N-外延层上层两侧具有N型重掺杂区，N型重掺杂区下表面连接有P型埋层；N型重掺杂区和P型重掺杂区上面连接金属区，N-外延层上表面中部具有平面栅结构；二氧化硅栅氧化层的下表面两侧与N型重掺杂区的上表面接触；氮化物介质层位于二氧化硅栅氧化层上表面；阳极电极通过金属区连接P型重掺杂区与P型埋层形成欧姆接触。本发明专利技术的有益效果为，具有较大的正向电流、较小的导通压降以及较小的反向漏电流，器件在不影响反向击穿电压和反向漏电的情况下的开启电压可调。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体技术，特别涉及一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管。
技术介绍
二极管是最常用的电子元件之一，传统的整流二极管主要是肖特基整流器和PN结整流器。其中，PN结二极管能够承受较高的反向阻断电压，稳定性较好，但是其正向导通压降较大，反向恢复时间较长。肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的，通态压降较低。由于是单极载流子导电，肖特基二极管在正向导通时没有过剩的少数载流子积累，反向恢复较快。但是肖特基二极管的反向击穿电压较低，反向漏电流较大，温度特性较差。通态压降和反向恢复时间是影响功率二极管性能的两个重要参数。通态压降主要影响了二极管的正向导通损耗，反向恢复时间则决定了二极管开关损耗，并影响了电路工作频率。为了提高二极管的性能，国内外提出了PiN二极管、结势垒控制整流器JBS(JBS：JunctionBarrierSchottkyRectifier)、MOS控制二极管MCD(MCD：MOSControlledDiode)、槽栅MOS势垒肖特基二极管TMBS(TMBS：TrenchMOSBarrierShcottyDiode)等器件。专利“一种积累型槽栅二极管，申请号：201210049361.6”在TMBS的基础上，提出了一种新型的半导体二极管器件，结合了电子积累层结构，获得了非常低的导通压降，大大提高了击穿电压并且降低了泄漏电流，与现有二极管技术相比，具有更好的正向导通压降和反向击穿电压之间的折衷。但是现有二极管一旦制备完成，其正向导通电压即固定不变，这在一定程度上限制了器件的应用场合。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，提出一种开启电压可调的槽栅型金属氧化物半导体二极管。本专利技术的技术方案：一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，包括N型重掺杂单晶硅衬底2、位于N型重掺杂单晶硅衬底2上表面的N-外延层3和位于N型重掺杂单晶硅衬底2下表面的阴极电极1；所述N-外延层3上层两侧具有N型重掺杂区7，所述N型重掺杂区7下表面连接有P型埋层5，所述P型埋层5上有P型重掺杂区4，所述N型重掺杂区7和P型重掺杂区4上为金属6；所述N-外延层3上表面中部具有平面栅结构，所述平面栅结构包括二氧化硅栅氧化层10、氮化物介质层9和多晶硅栅电极8；所述二氧化硅栅氧化层10的下表面两侧与N型重掺杂区7的上表面接触；所述氮化物介质层9位于二氧化硅栅氧化层10上表面；所述多晶栅电极8位于氮化物介质层9上表面；所述N-外延层3上表面具有阳极电极11；所述阳极电极11与平面栅结构之间具有绝缘介质层12；所述阳极电极11通过金属区6连接P型重掺杂区4与P型埋层5形成欧姆接触。进一步的，所述P型埋层5的掺杂浓度大于N-外延层3的掺杂浓度两个数量级。进一步的，所述二氧化硅栅氧化层10是薄栅氧化层，其厚度为5nm-100nm。本专利技术的有益效果为，具有较大的正向电流、较小的导通压降以及较小的反向漏电流；器件在不影响反向击穿电压和反向漏电的情况下的开启电压可调。附图说明图1是本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管剖面结构示意图；图2是本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管在外加零电压时耗尽线示意图；图3是本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，在外加电压到达开启电压时，耗尽线及电流路径示意图；图4是本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管外加反向电压时耗尽线示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进行详细的描述如图1所示，本专利技术的一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，包括N型重掺杂单晶硅衬底2、位于N型重掺杂单晶硅衬底2上表面的N-外延层3和位于N型重掺杂单晶硅衬底2下表面的阴极电极1；所述N-外延层3上层两侧具有N型重掺杂区7，所述N型重掺杂区7下表面连接有P型埋层5；所述N型重掺杂区7的侧面为P型重掺杂区4；所述N-外延层3上表面中部具有平面栅结构，所述平面栅结构包括二氧化硅栅氧化层10、氮化物介质层9和多晶硅栅电极8；所述二氧化硅栅氧化层10的下表面两侧与N型重掺杂区7的上表面接触；所述氮化物介质层9位于二氧化硅栅氧化层10上表面；所述多晶栅电极8位于氮化物介质层9上表面；所述N-外延层3上表面具有阳极电极11；所述阳极电极11与平面栅结构之间具有绝缘介质层12；所述阳极电极11通过金属区6连接P型重掺杂区4与P型埋层5形成欧姆接触。本专利技术的工作原理为：(1)器件的正向导通：本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，其正向导通时的电极连接方式为：阳极电极11和栅电极8短接且接高电位，阴极电极1接低电位。当阳极11相对于阴极1加零电压时，由于P型埋层5的掺杂浓度远高于N-外延层3的掺杂浓度，P型埋层5和N-外延层3之间所形成的PN结内建电势使得P型埋层5之间的电子通路由于两边的耗尽区相连而闭合，如图2所示，图中虚线为耗尽区边界。同时，P型埋层5之上的N-区也由于PN结内建电势被耗尽，因此此时二极管内没有电流流过。当阳极11相对于金属化阴极1加非常小的正电压时，P型埋层5和N-外延层3之间的耗尽区逐渐缩小，同时由于栅电极8与阳极11短接，薄栅氧化层10下方的耗尽区也减小。当阳极11相对于阴极1的正电压继续加大到一定程度时，P型埋层5和N-外延层3之间的PN结耗尽区相分离，电子通路产生。同时，由于与阳极短接的栅极电压为正，将在栅氧化层之下的半导体表面形成载流子积累层，器件开启，如图3所示。此时的阳极正电压即对应该二极管的开启电压。当所加正电压继续加大，薄栅氧化层10下方的电子累积层中电子浓度更高，这为电子流动提供了一个更加流畅的通路，导通压降降低，正向电流增大。(2)器件的反向阻断：本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，其反向阻断时的电极连接方式为：阴极电极1接高电位，阳极电极11和栅电极8短接且接低电位。由于零偏压时，电子的导电通路已被PN结耗尽区夹断，继续增加反向电压时，深P体区5下方的N-外延层3将被进一步耗尽，耗尽层将向靠近阴极1一侧扩展以承受反向电压(如图4所示)。由于反向电压由PN结的耗尽区承担，因此器件的反向泄漏电流远小于肖特基二极管的反向漏电。(3)器件的开启电压调节：本专利技术所提供的开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，其进行开启电压调节时的电极连接方式为：阳极电极11和阴极电极1短接且接地，栅电极8施加正向电本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，包括N型重掺杂单晶硅衬底(2)、位于N型重掺杂单晶硅衬底(2)上表面的N‑外延层(3)和位于N型重掺杂单晶硅衬底(2)下表面的阴极电极(1)；所述N‑外延层(3)上层两侧具有N型重掺杂区(7)，所述N型重掺杂区(7)下表面连接有P型埋层(5)；所述N型重掺杂区(7)的外侧面连接P型重掺杂区(4)；所述N型重掺杂区(7)和P型重掺杂区(4)上面连接金属区(6)，所述N‑外延层(3)上表面中部具有平面栅结构，所述平面栅结构包括二氧化硅栅氧化层(10)、氮化物介质层(9)和多晶硅栅电极(8)；所述二氧化硅栅氧化层(10)的下表面两侧与N型重掺杂区(7)的上表面接触；所述氮化物介质层(9)位于二氧化硅栅氧化层(10)上表面；所述多晶栅电极(8)位于氮化物介质层(9)上表面；所述N‑外延层(3)上表面具有阳极电极(11)；所述阳极电极(11)与平面栅结构之间具有绝缘介质层(12)；所述阳极电极(11)通过金属区(6)连接P型重掺杂区(4)与P型埋层(5)形成欧姆接触。
【技术特征摘要】
1.一种开启电压可调的平面型金属氧化物半导体二极管，包括N型重掺杂单晶硅衬底
(2)、位于N型重掺杂单晶硅衬底(2)上表面的N-外延层(3)和位于N型重掺杂单晶硅衬
底(2)下表面的阴极电极(1)；所述N-外延层(3)上层两侧具有N型重掺杂区(7)，所述
N型重掺杂区(7)下表面连接有P型埋层(5)；所述N型重掺杂区(7)的外侧面连接P型
重掺杂区(4)；所述N型重掺杂区(7)和P型重掺杂区(4)上面连接金属区(6)，所述N-
外延层(3)上表面中部具有平面栅结构，所述平面栅结构包括二氧化硅栅氧化层(10)、氮
化物介质层(9)和多晶硅栅电极(8)；所述二氧化硅栅氧化层(10)的下表面两侧与N型重
掺杂区(7)的上表面接触；所...
【专利技术属性】
技术研发人员：任敏，陈哲，曹晓峰，李爽，李泽宏，张金平，高巍，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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