一种二极管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二极管及其制备方法，制备方法包括，对半导体晶片表面进行预处理，并在一侧的预处理层上涂覆第一液态金属，掺杂处理，停止掺杂处理后检测并筛选出单向导电性能满足预设值的半导体晶片，切割后在第一液态金属中固定金属丝作为阳极，去除另一侧的预处理层并涂覆第二液态金属，在第二液态金属中固定金属丝作为阴极，得二极管管芯，随后进行后处理制得二极管。本发明专利技术所提供的制备方法能大幅简化传统工艺中极为复杂的掺杂及合金步骤，整个制备方法中没有光刻步骤，无需扩散或离子注入设备，大幅度降低了二极管制备的设备要求，能有效降低其生产成本；所制得的二极管结构和性能稳定，成本更低，应用前景广阔，理论和实际意义重大。

【技术实现步骤摘要】
一种二极管及其制备方法
本专利技术涉及半导体器件
，更具体地，涉及一种二极管及其制备方法。
技术介绍
二极管是一种应用广泛的半导体器件，其基本功能是只允许电流由单一方向流过。在实际电路中，二极管可以起到稳压、检波、整流、钳位和限幅等作用，作为集成电路中不可或缺的器件，二极管的制作对电子工业意义重大。传统二极管的制备过程一般包括热氧化、掺杂、合金、清洗、测试、焊接封装等步骤，其中，掺杂步骤一般采用高温热扩散或离子注入技术，为了控制掺杂区域，该过程还需要多次进行上光刻胶、光刻、去除光刻胶等工序，流程及需要的设备都极为复杂。具体地，以在硅片上使用热扩散法制作二极管为例，首先对单晶硅片进行热氧化，然后进行抛光，涂光刻胶，利用掩膜曝光、显影、腐蚀、去胶后得到扩散窗口，以适当扩散源及扩散条件进行杂质预淀积，再使用驱入工艺得到PN结，合金后再次进行光刻得到引出电极，清洗硅片，管芯制作完成。此后，还需要进行测片、划片、装配、封装、电参数测试、筛选、电镀、印字才得到成品管。类似地，以锗、砷化镓、磷化镓、硫化镉、硫化锌等为基底材料制作二极管同样极为复杂。由上可知，在二极管的整个制备过程中，掺杂、合金步骤都需要结合光刻，是其中最为复杂的两步。综上所述，如何在现有研究基础上，研究开发一种简便且高效的二极管的制备方法，制备得到结构和性能稳定且成本低廉的二极管，具有重要的理论和实际意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种二极管及其制备方法。根据本专利技术一方面提供了一种二极管的制备方法，包括如下步骤：S1、对半导体晶片表面进行预处理，控制预处理层的厚度为10nm-1μm；S2、在步骤S1中得到的所述半导体晶片一侧的预处理层上涂覆第一液态金属；S3、对涂覆有第一液态金属的所述半导体晶片进行掺杂处理，所述掺杂处理包括将所述半导体晶片置于加热装置中进行加热处理和/或在所述半导体晶片与所述第一液态金属之间连接电压源，所述电压源的正极和负极分别与所述液态金属和所述半导体晶片连接；S4、停止掺杂处理，检测并筛选出单向导电性能满足预设值的半导体晶片，切割，并在所述第一液态金属中固定金属丝，作为阳极；S5、去除所述半导体晶片上未涂覆第一液态金属一侧的预处理层，并在去除了预处理层的半导体晶片上二次涂覆第二液态金属，并在所述第二液态金属中固定金属丝，作为阴极，即得二极管管芯；S6、对步骤S5中得到的二极管管芯进行后处理，制得二极管。在上述技术方案中，步骤S3中，所述电压源为直流稳压电源，其电压为0-100V。优选地，在上述技术方案中，步骤S3中，所述加热处理的处理温度为25-1000℃。具体地，步骤S3中，在掺杂处理过程中，通过加热处理提高反应温度可加剧原子热运动，在液态金属与半导体晶片间加电压可使液态金属中带正电的原子核向半导体晶片定向运动，二者均有利于液态金属向半导体晶片内部扩散掺杂。不同的电压及反应温度下，以及选用的液态金属或半导体晶片改变时，扩散速率都不同，扩散速率应在实际选定材料及反应条件后进行测试，扩散时间应当根据测得的扩散速率，及所需杂质浓度，使用Fick第一及第二定律进行估算。此外，步骤S3中，在掺杂处理过程中，加电压及加热处理可以同时使用，也可以分步使用或只使用其中一种，分步使用时，其使用顺序可调换。进一步地，在上述技术方案中，所述半导体晶片为硅晶片、锗晶片、砷化镓晶片、磷化镓晶片、硫化镉晶片和硫化锌晶片中的一种。再进一步地，在上述技术方案中，所述第一液态金属和/或第二液态金属为低熔点液态金属单质/合金或低熔点液态金属单质/合金与导电颗粒的混合物。具体地，所述第一液态金属和第二液态金属可以分别是镓、铟、锡、锌、铋、铅、镉、汞、钠、钾、镁、铝、铁、钴、锰、钛、钒、硼、碳、硅等中的一种或多种；更优选地，所述第一液态金属和第二液态金属可以分别是汞、镓、铟、锡单质、镓铟合金、镓铟锡合金、镓锡合金、镓锌合金、镓铟锌合金、镓锡锌合金、镓铟锡锌合金、镓锡镉合金、镓锌镉合金、铋铟合金、铋锡合金、铋铟锡合金、铋铟锌合金、铋锡锌合金、铋铟锡锌合金、锡铅合金、锡铜合金、锡锌铜合金、锡银铜合金、铋铅锡合金中的一种或几种。详细地，液态金属由于可在常温下或略微加热后呈现液态而得名，且液态金属没有晶格结构，带正电的原子核及带负电的电子都可自由移动，通过适当控制电压及温度，部分液态金属原子可以掺杂进入半导体晶片内部，且液态金属本身是良导体，未进入半导体晶片的液态金属可以直接作为电极，省去传统制备方法中合金步骤；此外，液态金属可使用打印、喷印等方法进行图案化，无需光刻工艺即可控制掺杂区域；在传统二极管制备方法中引入液态金属有利于简化制作流程。优选地，在上述技术方案中，所述第一液态金属和/或第二液态金属的涂覆方法为打印、喷印、丝网印刷、刮涂和旋涂中的一种。在上述技术方案中，步骤S1中，所述预处理为热氧化处理或氮化处理，优选地，所述热氧化处理为干氧氧化、湿氧氧化和水汽氧化中的一种。其中，干氧氧化得到的氧化层的结构致密且均匀性好，但氧化层生长速率很慢，一般用于高质量氧化；水汽氧化生长速率快，但结构疏松，掩蔽能力差；湿氧氧化得到的氧化层性能介于干氧氧化与水汽氧化之间。在上述技术方案中，步骤S4中，所述切割为金刚石刀片切割、晶圆划片机切割和激光切割中的一种。优选地，在上述技术方案中，步骤S4中，所述切割为晶圆划片机切割或激光切割。具体地，步骤S4中，测试其单向导电性能可采用万用表测试或IV曲线描记，其中，采用万用表测试较为简便，而IV曲线描记更加准确。详细地，批量制备时，可抽取多个进行IV曲线描记，其余部分则采用万用表简单测试。在上述技术方案中，所述金属丝为铜丝、铜合金丝和表面镀铜的金属丝中的一种；进一步地，在上述技术方案中，所述金属丝的固定方法为UV固化胶粘接。优选地，在上述技术方案中，所述UV固化胶为UV环氧丙烯酸酯、UV聚氨酯丙烯酸酯、UV聚醚丙烯酸酯、UV聚酯丙烯酸酯和UV不饱和聚酯中的一种或多种。在上述技术方案中，步骤S5中，所述预处理层的去除方法为氢氟酸溶液处理或金刚石刮削。在上述技术方案中，步骤S6中，所述后处理包括装配、封装、电参数测试、筛选、电镀和印字。具体地，在实际应用过程中，可直接选用预处理完毕的半导体晶片作为二极管制备的原材料，此时则应跳过步骤S1的预处理。根据本专利技术另一方面提供了一种二极管，所述二极管采用上述二极管的制备方法制备。本专利技术的优点：(1)本专利技术所提供的二极管制备方法能大幅简化传统工艺中极为复杂的掺杂及合金步骤，整个制备方法中没有光刻步骤，不需要专门的扩散或离子注入设备，大幅度降低了二极管制备的设备要求，能有效降低其生产成本；(2)本专利技术所提供的二极管制备方法制备得到的二极管结构和性能稳定，成本更低，应用前景广阔，理论和实际意义重大。附图说明图1为本专利技术实施例1中二极管的制备方法的工艺流程示意图；图2为本专利技术实施例1中步骤S3中得到的半导体晶片的结构示意图；图3为本专利技术实施例1中步骤S5中得到的二极管管芯的结构示意图；图中：1-半导体晶片，2-氧化层，3-第一液态金属，4-加热装置，5-电压源，6-掺杂区，7-金属丝，8-UV固化胶。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对半导体晶片表面进行预处理，控制预处理层的厚度为10nm‑1μm；S2、在步骤S1中得到的所述半导体晶片一侧的预处理层上涂覆第一液态金属；S3、对涂覆有第一液态金属的所述半导体晶片进行掺杂处理，所述掺杂处理包括将所述半导体晶片置于加热装置中进行加热处理和/或在所述半导体晶片与所述第一液态金属之间连接电压源，所述电压源的正极和负极分别与所述液态金属和所述半导体晶片连接；S4、停止掺杂处理，检测并筛选出单向导电性能满足预设值的半导体晶片，切割，并在所述第一液态金属中固定金属丝，作为阳极；S5、去除所述半导体晶片上未涂覆第一液态金属一侧的预处理层，并在去除了预处理层的半导体晶片上二次涂覆第二液态金属，并在所述第二液态金属中固定金属丝，作为阴极，即得二极管管芯；S6、对步骤S5中得到的二极管管芯进行后处理，制得二极管。

【技术特征摘要】
1.一种二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、对半导体晶片表面进行预处理，控制预处理层的厚度为10nm-1μm；S2、在步骤S1中得到的所述半导体晶片一侧的预处理层上涂覆第一液态金属；S3、对涂覆有第一液态金属的所述半导体晶片进行掺杂处理，所述掺杂处理包括将所述半导体晶片置于加热装置中进行加热处理和/或在所述半导体晶片与所述第一液态金属之间连接电压源，所述电压源的正极和负极分别与所述液态金属和所述半导体晶片连接；S4、停止掺杂处理，检测并筛选出单向导电性能满足预设值的半导体晶片，切割，并在所述第一液态金属中固定金属丝，作为阳极；S5、去除所述半导体晶片上未涂覆第一液态金属一侧的预处理层，并在去除了预处理层的半导体晶片上二次涂覆第二液态金属，并在所述第二液态金属中固定金属丝，作为阴极，即得二极管管芯；S6、对步骤S5中得到的二极管管芯进行后处理，制得二极管。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述电压源为直流稳压电源，其电压为0-100V；和/或，所述加热处理的处理温度为25-1000℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述半导体晶片为硅晶片、锗晶片、砷化镓晶片、磷化镓晶片、硫化镉晶片和硫化锌晶片中的一种。4.根据权利要求1-3任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林聚，李倩，刘静，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11