具有NiO/SiC pn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种具有NiO/SiC pn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，p‑NiO层向上依次设置有n‑SiC缓冲层、n‑SiC漂移区，n‑SiC漂移区上镶嵌有p‑SiC阱区，p‑SiC阱区上镶嵌有p‑SiC欧姆接触区与n‑SiC发射区；n‑SiC漂移区、p‑SiC阱区、以及n‑SiC发射区上表面共同覆盖有栅绝缘介质薄膜及栅极；p‑SiC欧姆接触区、n‑SiC发射区上表面共同覆盖有发射极；栅极上方覆盖有绝缘钝化介质薄膜；发射极及绝缘钝化介质薄膜上表面共同覆盖有金属；p‑NiO层下端面覆盖有集电极。本发明专利技术的结构，使SiC n‑IGBT的正向导通性能更优，通态功耗更低。

SiC insulated gate bipolar transistor with NiO / SiC PN heterojunction

【技术实现步骤摘要】
具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管
本专利技术属于半导体器件
，涉及一种具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、热导率高、临界雪崩击穿电场强度高、饱和载流子漂移速度大及热稳定性好等优点，使用SiC制作的电力电子器件具有更低的通态压降、更高的工作频率、更低的功耗、更小的体积以及更优的耐高温特性，更适合应用于电力电子电路。SiC绝缘栅双极晶体管(IGBT)作为SiC高压器件中的一种，具有阻断电压高、通流能力强、开关速度快等优点，能有效提升高压直流输电系统(HVDC)、智能电网电能传输系统、以及脉冲电力电子
的功率密度与效率。随着SiC材料生长与器件工艺技术的不断进步，理论性能更优的SiCn-IGBT已能够实现。虽然SiCn-IGBT在降低功耗、提升速度等方面具有更大的性能优势，但由于SiCpn结正向开启电压高，使SiCn-IGBT存在较高的正向开启电压。此外，铝受主在SiC中的电离能较高(0.19eV)，导致p型SiC材料中的有效载流子浓度较低，造成SiCn-IGBT中p+n空穴注入效率低的问题，使n-漂移区的电导调制作用效果较差，阻碍了SiCn-IGBT通态电阻的进一步降低。Yan-juanLiu等人2017年在文章《4H-SiCtrenchIGBTwithloweron-statevoltagedrop》中通过在发射区引入沟槽结构有效降低了n-IGBT的通态压降，但由于位于集电区侧的SiCp+n结依旧具有较高的开启电压以及较弱的空穴注入能力，所以整个器件仍旧存在正向开启电压较高的问题。JinWei等2019年在文章《GateStructureDesignofSiCTrenchIGBTsforInjection-EnhancementEffect》中使用浮空p区屏蔽结构提升了SiC沟槽型n-IGBT的电子注入能力，有效降低了SiCn-IGBT的通态损耗。但SiCp+n结依旧具有较高的开启电压以及较弱的空穴注入能力，所以该SiCn-IGBT仍旧存在正向开启电压较高的问题。因此，针对上述技术问题，有必要研制一种高性能、高可行性的技术方案，用于改善SiCn-IGBT正向开启电压较高、通态电阻较大的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，解决了现有技术中的SiCn-IGBT正向开启电压较高、n-漂移区电导调制作用效果差，导致通态电阻较大的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，包括p-NiO层，该p-NiO层的材料为p型NiO，在p-NiO层上表面设置有n-SiC缓冲层，该n-SiC缓冲层的材料为n型SiC；在n-SiC缓冲层上表面设置有n-SiC漂移区，该n-SiC漂移区的材料为n型SiC；在n-SiC漂移区上表面镶嵌有p-SiC阱区，该p-SiC阱区的材料为p型SiC；在p-SiC阱区上表面镶嵌有p-SiC欧姆接触区与n-SiC发射区；在n-SiC漂移区上表面、p-SiC阱区上表面、以及远离p-SiC欧姆接触区的n-SiC发射区上表面共同覆盖有栅绝缘介质薄膜；在栅绝缘介质薄膜上表面覆盖有栅极；在p-SiC欧姆接触区上表面、靠近p-SiC欧姆接触区一侧的n-SiC发射区上表面共同覆盖有发射极；在栅极上方覆盖有绝缘钝化介质薄膜，同时绝缘钝化介质薄膜伸进发射极与栅极之间的空间；在发射极及绝缘钝化介质薄膜上表面共同覆盖有金属；在p-NiO层下端面覆盖有集电极。本专利技术的具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，其特征还在于：所述的p-NiO层的厚度为0.1μm-100μm，该p-NiO层的上下端表面积为1μm2-2000cm2；所述的n-SiC缓冲层的厚度为0.1μm-5.0μm，该n-SiC缓冲层的上下端表面积为1μm2-2000cm2。所述的n-SiC漂移区的厚度为30μm-500μm，该n-SiC漂移区的上下端表面积为1μm2-2000cm2；所述的p-SiC阱区的厚度为0.5μm-5.0μm，该p-SiC阱区的上下端表面积为1μm2-2000cm2。所述的p-SiC欧姆接触区的材料为p型SiC，杂质浓度高于p-SiC阱区；该p-SiC欧姆接触区的厚度为0.1μm-1.0μm；所述的n-SiC发射区的材料为n型SiC；该n-SiC发射区的厚度为0.1μm-1.0μm。所述的栅极的厚度为50nm-5μm；面积与所覆盖的栅绝缘介质薄膜相同；栅极的材料选用多晶硅、Al、Cu、Ni、Ti、W等单种或多种的组合；所述的发射极的厚度为50nm-5.0μm；面积大于所覆盖p-SiC欧姆接触区的上表面积，小于p-SiC欧姆接触区与n-SiC发射区的上表面积之和；该发射极的材料选用Ni、Ti、Al、Ag、Au、W、Mo等单种金属或多种金属的组合。所述的栅绝缘介质薄膜的厚度为10nm-200nm；该栅绝缘介质薄膜的材料选用SiO2、Al2O3、HfO2等单种绝缘介质或多种绝缘介质的组合；所述的绝缘钝化介质薄膜的厚度为50nm-5.0μm；该绝缘钝化介质薄膜的材料选用SiO2、Al2O3、Si3N4、HfO2等单种绝缘介质或多种绝缘介质的组合。所述的金属的厚度为0.5μm-5.0μm；该金属的材料选用Ni、Ti、Al、Ag、Au、W、Mo等单种金属或多种金属的组合；所述的集电极的厚度为50nm-5.0μm；该集电极的材料选用Ni、Ti、Al、Ag、Au、W、Mo等单种金属或多种金属的组合。本专利技术的有益效果是，相比于传统SiCn-IGBT结构，在功能上本专利技术SiC绝缘栅双极晶体管具有NiO/SiCpn异质结结构后，具有更低的正向开启电压，以及更优的n漂移区电导调制作用效果，使SiCn-IGBT获得更优的正向导通性能，更低的通态功耗，为SiCn-IGBT性能的提升提供可行的技术方案，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术器件的结构示意图；图2是本专利技术器件的NiO/SiCpn异质结IV特性曲线。图中，1.p-NiO层，2.n-SiC缓冲层，3.n-SiC漂移区，4.p-SiC阱区，5.p-SiC欧姆接触区，6.n-SiC发射区，7.栅绝缘介质薄膜，8.栅极，9.发射极，10.集电极，11.绝缘钝化介质薄膜，12.金属。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。参照图1，本专利技术器件的结构是，包括p-NiO层1，该p-NiO层1的材料为p型NiO，该p-NiO层1的厚度为0.1μm-100μm，该p-NiO层1的上下端表面积为1μm2-2000cm2；在p-NiO层1上表面设置有n-SiC缓冲层2，该n-SiC缓冲层2的材料为n型SiC，该本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有NiO/SiC pn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，其特征在于：包括p-NiO层(1)，该p-NiO层(1)的材料为p型NiO，/n在p-NiO层(1)上表面设置有n-SiC缓冲层(2)，该n-SiC缓冲层(2)的材料为n型SiC；/n在n-SiC缓冲层(2)上表面设置有n-SiC漂移区(3)，该n-SiC漂移区(3)的材料为n型SiC；/n在n-SiC漂移区(3)上表面镶嵌有p-SiC阱区(4)，该p-SiC阱区(4)的材料为p型SiC；/n在p-SiC阱区(4)上表面镶嵌有p-SiC欧姆接触区(5)与n-SiC发射区(6)；/n在n-SiC漂移区(3)上表面、p-SiC阱区(4)上表面、以及远离p-SiC欧姆接触区(5)的n-SiC发射区(6)上表面共同覆盖有栅绝缘介质薄膜(7)；/n在栅绝缘介质薄膜(7)上表面覆盖有栅极(8)；/n在p-SiC欧姆接触区(5)上表面、靠近p-SiC欧姆接触区(5)一侧的n-SiC发射区(6)上表面共同覆盖有发射极(9)；/n在栅极(8)上方覆盖有绝缘钝化介质薄膜(11)，同时绝缘钝化介质薄膜(11)伸进发射极(9)与栅极(8)之间的空间；/n在发射极(9)及绝缘钝化介质薄膜(11)上表面共同覆盖有金属(12)；/n在p-NiO层(1)下端面覆盖有集电极(10)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，其特征在于：包括p-NiO层(1)，该p-NiO层(1)的材料为p型NiO，
在p-NiO层(1)上表面设置有n-SiC缓冲层(2)，该n-SiC缓冲层(2)的材料为n型SiC；
在n-SiC缓冲层(2)上表面设置有n-SiC漂移区(3)，该n-SiC漂移区(3)的材料为n型SiC；
在n-SiC漂移区(3)上表面镶嵌有p-SiC阱区(4)，该p-SiC阱区(4)的材料为p型SiC；
在p-SiC阱区(4)上表面镶嵌有p-SiC欧姆接触区(5)与n-SiC发射区(6)；
在n-SiC漂移区(3)上表面、p-SiC阱区(4)上表面、以及远离p-SiC欧姆接触区(5)的n-SiC发射区(6)上表面共同覆盖有栅绝缘介质薄膜(7)；
在栅绝缘介质薄膜(7)上表面覆盖有栅极(8)；
在p-SiC欧姆接触区(5)上表面、靠近p-SiC欧姆接触区(5)一侧的n-SiC发射区(6)上表面共同覆盖有发射极(9)；
在栅极(8)上方覆盖有绝缘钝化介质薄膜(11)，同时绝缘钝化介质薄膜(11)伸进发射极(9)与栅极(8)之间的空间；
在发射极(9)及绝缘钝化介质薄膜(11)上表面共同覆盖有金属(12)；
在p-NiO层(1)下端面覆盖有集电极(10)。


2.根据权利要求1所述的具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述的p-NiO层(1)的厚度为0.1μm-100μm，该p-NiO层(1)的上下端表面积为1μm2-2000cm2；
所述的n-SiC缓冲层(2)的厚度为0.1μm-5.0μm，该n-SiC缓冲层(2)的上下端表面积为1μm2-2000cm2。


3.根据权利要求1所述的具有NiO/SiCpn异质结的SiC绝缘栅双极晶体管，其特征在于：所述的n-SiC漂移区(3)的厚度为30μm-500μm，该n-SiC漂移区(3)的上下端表面积为1μm2-2000cm2；
所述的p-SiC阱区(4)的厚度为0.5μm-5.0...

【专利技术属性】
技术研发人员：王曦，钟艺文，蒲红斌，陈春兰，王敏，张萌，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61