车用整流装置、整流器、发电装置以及动力系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种用于车用交流发电机的整流装置、车用整流器、车用发电装置以及车用动力系统。整流装置包括在交流发电机中进行整流的整流元件。整流元件具有增强型场效半导体二极管。增强型场效半导体二极管包括并排整合的横向导通硅化物结构与场效接面结构。

Vehicle rectifier, rectifier, power generation device and power system

【技术实现步骤摘要】
车用整流装置、整流器、发电装置以及动力系统
本专利技术涉及一种车用整流装置、车用整流器、车用发电装置以及车用动力系统。
技术介绍
一般而言，高效能整流二极管(LowLossDiode，LLD)追求低逆向偏压漏电流与低正向偏压导通阻抗。使用重力压入(press-fit)封装用于高效能发电机上的高效能整流二极管必须兼顾可靠度、结构稳定度、散热能力等。然而，高效能整流二极管的芯片设计优劣才是最重要的关键。现今市面上的高效能整流二极管芯片皆存在一些缺点，例如逆向偏压漏电流随偏压升高、在高温下漏电过大(在100mA@20V条件下大于200℃)、单元积集度无法提升等。在此情况下，高效能整流二极管芯片的整体整流效率将受到限制。
技术实现思路
本专利技术提供一种车用整流芯片，其具有较高的正向电流密度与较低逆向漏电流，进而获得较佳的整流能力。本专利技术提供另一种车用整流芯片，其设计可有效地增加单元积集度，以提升芯片整流效率。本专利技术提供一种用于车用交流发电机的整流装置。整流装置包括在交流发电机中进行整流的整流元件。整流元件具有增强型场效半导体二极管。增强型场效半导体二极管包括主体区、硅化物层、场效接面结构、内连线层、基底以及金属层。硅化物层包括导通至主体区的横向导通硅化物结构。横向导通硅化物结构与场效接面结构并排整合。当导通发生时，横向导通硅化物结构提供单极性载子源。内连线层电性连接横向导通硅化物结构与场效接面结构，其中横向导通硅化物结构、场效接面结构以及内连线层为等电位，且内连线层作为增强型场效半导体二极管的阳极。主体区位于横向导通硅化物结构与基底之间。金属层配置于基底的下方，且金属层作为增强型场效半导体二极管的阴极。本专利技术提供一种车用整流器，包括：基座、引线结构、整流芯片。基座具有容置空间。引线结构设置于容置空间上。整流芯片，设置于基座与引线结构之间，且整流芯片电性接触引线结构与基座。整流芯片包括上述的增强型场效半导体二极管。本专利技术提供一种车用发电装置包括整流器，用以对发电机所提供的交流电压进行整流。整流器包括上述的增强型场效半导体二极管。本专利技术提供一种车用动力系统，包括：车用发电装置具有整流器。整流器用以对发电机所提供的交流电压进行整流。整流器包括上述的增强型场效半导体二极管。基于上述，本专利技术通过并排整合的横向导通硅化物结构与场效接面结构以形成增强型场效半导体二极管。在此情况下，本实施例的增强型场效半导体二极管具有较高的正向电流密度与较低逆向漏电流，亦即其具有较佳的整流能力。此外，本实施例的增强型场效半导体二极管还可降低主体区的面积，以有效地增加单元积集度，以提升芯片使用面积。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。附图说明图1是本专利技术第一实施例的一种整流元件的剖面示意图；图2是本专利技术第二实施例的一种整流元件的剖面示意图；图3是依照本专利技术一实施例的一种整流器的剖面示意图；图4A是在正向电压下实例1与比较例1的电流与电压的关系图；图4B是在逆向电压下实例1与比较例1的电流与电压的关系图。具体实施方式参照本实施例的附图以更全面地阐述本专利技术。然而，本专利技术亦可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的标号表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。在以下的实施例中，当第一导电型为P型，第二导电型为N型；当第一导电型为N型，第二导电型为P型。P型的掺质例如是硼或二氟化硼。N型的掺质例如是磷或是砷。在本实施例中，可以第一导电型为N型，第二导电型为P型为例来实施。但本专利技术并不以此为限，反之亦可实施。图1是本专利技术第一实施例的一种整流元件的剖面示意图。请参照图1，本实施例提供一种用于车用交流发电机的整流装置。整流装置包括在交流发电机中进行整流的整流元件10a。整流元件10a具有增强型场效半导体二极管(EnhancedFieldEffectSemiconductorDiode，EFESD)30a。具体来说，如图1所示，增强型场效半导体二极管30a包括基底12、外延层14、多个主体区16、硅化物层18、多个栅极结构20、内连线层26以及金属层28。基底12具有相对的正面12a与背面12b。在一实施例中，基底12的材料包括Si、SiC、GaN或其组合。在本实施例中，基底12可以是具有第一导电型重掺杂的硅基底，例如是N型重掺杂(N+)硅基底。外延层14位于基底12的正面12a上。在一实施例中，外延层14为具有第一导电型的外延层，例如是N型轻掺杂(N-)的外延层。在另一实施例中，外延层14的掺杂浓度可介于1×1016/cm3至5×1017/cm3之间。在替代实施例中，外延层14的厚度14t可介于2.0μm至8.0μm之间。主体区16分别位于外延层14中。在一实施例中，主体区16为具有第二导电型的掺杂区，例如是P型掺杂区。在一些实施例中，基底12与外延层14具有相同导电型，而主体区16与外延层14具有不同导电型。在另一实施例中，主体区16的掺杂浓度可介于1×1017/cm3至5×1017/cm3之间。如图1所示，主体区16的底面与硅化物层18的底面之间相距第一距离D1；而主体区16的侧面与硅化物层18的侧面相距第二距离D2。在替代实施例中，第一距离D1可介于0.5μm至2.0μm之间；第二距离D2可介于0.1μm至0.5μm之间。在其他实施例中，相邻两个主体区16之间具有间距P，间距P可介于2μm至3μm之间。栅极结构20位于主体区16之间的外延层14(或基底12)上，且栅极结构20还覆盖部分主体区16。在一些实施例中，栅极结构20是通过图案化栅极材料层，以形成多个彼此分离的栅极结构20。如图1所示，栅极结构20包括栅介电层22与栅极24。栅介电层22位于栅极24与外延层14之间。在一实施例中，栅介电层22的材料包括SiO2、HfO2、BaTiO3、ZrO2、SiON或其组合。栅介电层22的厚度为至之间。但本专利技术不以此为限，在其他实施例中，可减少栅介电层22的厚度，以使导通阀值电压随之降低。栅极24的材料包括多晶硅。栅极24的宽度为1.5μm至2.0μm之间。硅化物层18覆盖栅极结构20的顶面与侧壁，且延伸覆盖主体区16的顶面。在一些实施例中，硅化物层18的材料包括PtSi、TiSi、NiSi、MoSi、WSi、CoSi或其组合。硅化物层18可视为共形层，其具有实质上相同的厚度。在一实施例中，硅化物层18的厚度18t可介于至之间。内连线层26位于栅极结构20上，且填入相邻两个栅极结构20之间的空间，以形成垂直导通通道15。在一些实施例中，内连线层26的材料包括金属材料，其可例如是铝、铜、铝铜等合适材料。在另一实施例中，垂直导通通道15的宽度15w可介于0.4μm至0.6μm之间。在替代实施例中，内连线层26可视为阳极(anode)。金属层28位于基底12的背面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整流装置，用于车用交流发电机，所述整流装置包括：在交流发电机中进行整流的整流元件，/n其中所述整流元件具有增强型场效半导体二极管，其包括：/n主体区；/n硅化物层，所述硅化物层包括导通至所述主体区的横向导通硅化物结构；/n场效接面结构，其中所述横向导通硅化物结构与所述场效接面结构并排整合，且当导通发生时，所述横向导通硅化物结构提供单极性载子源；/n内连线层，其电性连接所述横向导通硅化物结构与所述场效接面结构，其中所述横向导通硅化物结构、所述场效接面结构以及所述内连线层为等电位，且所述内连线层作为所述增强型场效半导体二极管的阳极；/n基底，其中所述主体区位于所述横向导通硅化物结构与所述基底之间；以及/n金属层，配置于所述基底的下方，且所述金属层作为所述增强型场效半导体二极管的阴极。/n

【技术特征摘要】
20181011 US 62/744,1381.一种整流装置，用于车用交流发电机，所述整流装置包括：在交流发电机中进行整流的整流元件，
其中所述整流元件具有增强型场效半导体二极管，其包括：
主体区；
硅化物层，所述硅化物层包括导通至所述主体区的横向导通硅化物结构；
场效接面结构，其中所述横向导通硅化物结构与所述场效接面结构并排整合，且当导通发生时，所述横向导通硅化物结构提供单极性载子源；
内连线层，其电性连接所述横向导通硅化物结构与所述场效接面结构，其中所述横向导通硅化物结构、所述场效接面结构以及所述内连线层为等电位，且所述内连线层作为所述增强型场效半导体二极管的阳极；
基底，其中所述主体区位于所述横向导通硅化物结构与所述基底之间；以及
金属层，配置于所述基底的下方，且所述金属层作为所述增强型场效半导体二极管的阴极。


2.根据权利要求1所述的整流装置，其中所述增强型场效半导体二极管包括：
所述基底，具有相对的正面与背面；
外延层，位于所述基底的所述正面上；
所述主体区，位于所述外延层中；
栅极，位于所述外延层上，其中相邻两个栅极之间具有垂直导通通道，所述垂直导通通道对应于所述主体区；
栅介电层，位于所述栅极与所述外延层之间；以及
所述硅化物层，覆盖所述栅极的顶面与侧壁且延伸配置于所述内连线层与所述主体区之间。


3.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述增强型场效半导体二极管的电流路径是从所述阳极通过所述硅化物层、所述主体区、所述外延层以及所述基底至所述阴极，
所述电流路径是从所述垂直导通通道弯向横向导通通道中，所述横向导通通道是对所述栅极施加正向偏压时，在所述栅介电层的下方产生反转层所引起的。


4.根据权利要求3所述的整流装置，其中通道是由所述横向导通硅化物结构的侧面、所述主体区的侧面以及所述栅介电层的底面所定义的区域，所述通道的长度小于0.5μm，
在正向偏压情况下，所述反转层形成在所述通道中，所述反转层能弯曲能带并降低能障高度，以减少正向电压。


5.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述基底与所述外延层具有相同导电型，而所述主体区与所述外延层具有不同导电型。


6.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述基底的材料包括Si、SiC、GaN或其组合。


7.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述栅极的材料包括多晶硅或金属。


8.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述硅化物层的材料包括PtSi、TiSi、NiSi、MoSi、WSi、CoSi或其组合。


9.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述栅介电层的材料包括SiO2、HfO2、BaTiO3、ZrO2、SiON或其组合。


10.根据权利要求2所述的整流装置，其中所述内连线层更贯穿所述硅化物层以与所述主体区接触。


11.根据权利要求2所述的整流装置，其中当所述栅介电层的厚度减少，阀值电压随之降低。


12.根据权利要求1所述的整流装置，其中当电流以500A/cm2流经所述增强型场效半导体二极管时，所述整流元件的导通状态电压小于0.6V，
在-18V逆向电压下，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宏道，沈有仁，范洪钧，应诗心，
申请(专利权)人：朋程科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71