一种含NiO/SiC异质结的SiC MPS二极管制造技术

本发明专利技术公开了一种含NiO/SiC异质结的SiC MPS二极管，包括衬底，衬底上依次为n‑SiC缓冲层、n‑SiC漂移区，n‑SiC漂移区上端面覆盖有阳极，衬底下端面覆盖有阴极，n‑SiC漂移区上表面靠近阳极位置处间隔镶嵌有若干p‑NiO结区。本发明专利技术解决了现有技术中存在的SiC MPS二极管正向开启电压过高、通态电阻过大的问题。

A SiC MPs diode with NiO / SiC heterojunction

【技术实现步骤摘要】
一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管。
技术介绍
碳化硅(SiC)材料具有禁带宽度大、热导率高、临界击穿电场强度高、饱和载流子漂移速度大及热稳定性好等特点，是制造功率半导体器件的理想材料。使用SiC制作的大功率器件同Si器件相比，通态压降更低、工作频率更高、功耗更低、体积更小以及更好的耐高温特性，更适用于电力电子电路。其中SiCMPS二极管既具有PIN的高阻断电压、低漏电流特点，又具有SBD的快开关速度、小开启电压等优点。应用在电力电子、开关电源电路中能同时兼顾高频率与低损耗，达到了改善电路性能的目的。然而，由于SiCpn结正向开启电压较大，SiCMPS二极管中的pn结往往需要在较高的正向电压时才能向漂移区注入空穴。因此，SiCMPS二极管相较于普通SiCJBS二极管的优势仅在于具有较好的抗浪涌性能，其正向导通特性并无优势。JosefLutz等人2016年在文章《Variousstructuresof1200VSiCMPSdiodemodelsandtheirsimulatedsurgecurrentbehaviorincomparisontomeasurement》中通过研究发现，增加SiCMPS二极管中pin区的面积比例可以降低pin导通所需的正向电压，使二极管获得更高的电流密度。但增加pin区的面积比例会造成肖特基区面积比例下降，使得二极管在pin区域导通前的电流密度较低，造成SiCMPS二极管通态性能变差。NaRen等2019年在文章《1.2-kV4H-SiCMergedPiNSchottkyDiodeWithImprovedSurgeCurrentCapability》中对SiCMPS二极管的进行了研究，通过优化p+区的面积比例与分布，将p+区的阳极制作为良好欧姆接触等方法，有效降低了SiCMPS二极管pin区导通所需的正向电压，明显提升了SiCMPS二极管的抗浪涌能力。但在SiCMPS二极管正向导通状态下，所集成的pin不能导通，SiCMPS二极管抗浪涌性能的提升总需以牺牲通态性能作为代价。因此，针对上述技术问题，有必要提供一种高性能、高可行性的技术方案，用于改善SiCMPS二极管优良抗浪涌性能与优良通态性能之间难以同时兼顾的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，解决了现有技术中存在的SiC同质PIN结构开启电压过大的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，包括衬底，衬底上依次为n-SiC缓冲层、n-SiC漂移区，n-SiC漂移区上端面覆盖有阳极，衬底下端面覆盖有阴极，n-SiC漂移区上表面靠近阳极位置处间隔镶嵌有若干p-NiO结区。本专利技术的特点还在于，p-NiO结区的下端面有p-SiC结区，p-SiC结区材料为p型SiC，p-SiC结区的结深为0.5μm，p-SiC结区的宽度为0.2μm-0.9μm。p-NiO结区材料为p型NiO，p-NiO结区的厚度为0.5μm-5μm，p-NiO结区的宽度为0.5μm-10μm。衬底材料为n型SiC，衬底的厚度为50μm-1mm，衬底的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。n-SiC缓冲层的材料为n型SiC，n-SiC缓冲层的厚度为0.1μm-3.0μm，n-SiC缓冲层的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。n-SiC漂移区的材料为n型SiC，n-SiC漂移区的厚度为1μm-100μm，n-SiC漂移区的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。阳极包括阳极压焊块，阳极压焊块覆盖在阳极金属的上表面，阳极金属与所述n-SiC漂移区及p-NiO结区连接，阳极厚度为0.1μm-100μm。阳极压焊块、阳极金属为Ti、Ni、W、Ta、Al、Ag、Cu或Au之一，或Ti、Ni、W、Ta、Al、Ag、Au、Cu中任意两种或多种的组合。阴极包括阴极压焊块，阴极压焊块覆盖在阴极金属的下端面，阴极金属与所述衬底连接，阴极厚度为0.1μm-100μm。阴极压焊块、阴极金属为Ti、Ni、W、Ta、Al、Ag、Cu或Au之一，或Ti、Ni、W、Ta、Al、Ag、Au、Cu中任意两种或多种的组合。本专利技术的有益效果是，一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，相比于传统SiCpn同质结结构，在功能上本专利技术NiO/SiCpn异质结结构具有更高的空穴注入能力以及更低的正向开启电压；应用在SiC混合PIN肖特基二极管中时，本专利技术能在开启过程降低MPS二极管器件中pin区的正向开启电压，又能在导通过程中增强PIN的空穴注入，改善因SiC同质pn结构正向开启电压较大导致的通态压降高与抗浪涌能力弱的问题，为SiCMPS二极管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是本专利技术含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管结构示意图；图2是本专利技术另一种含有NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管结构示意图。图3是本专利技术NiO/SiC异质结IV特性曲线；图中，1.n-SiC衬底，2.n-SiC缓冲层，3.n-SiC漂移区，4.p-NiO结区，5.阳极，6.阴极，7.p-SiC结区。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。本专利技术一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，结构如图1所示，包括衬底1，衬底1上依次为n-SiC缓冲层2、n-SiC漂移区3，n-SiC漂移区3上端面覆盖有阳极5，衬底1下端面覆盖有阴极6，n-SiC漂移区3上表面靠近阳极5位置处间隔镶嵌有若干p-NiO结区4。如图2所示，p-NiO结区4下端面有p-SiC结区7，p-SiC结区7材料为p型SiC，p-SiC结区7的结深为0.5μm，p-SiC结区7的宽度为0.2μm-0.9μm。其中，p-NiO结区4材料为p型NiO，p-NiO结区4的厚度为0.5μm-5μm，p-NiO结区4的宽度为0.5μm-10μm。衬底1材料为n型SiC，衬底1的厚度为10.0μm-1mm，衬底1的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。n-SiC缓冲层2的材料为n型SiC，n-SiC缓冲层2的厚度为0.1μm-3.0μm，n-SiC缓冲层2的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。n-SiC漂移区3的材料为n型SiC，n-SiC漂移区3的厚度为1μm-100μm，n-SiC漂移区3的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。阳极5包括阳极压焊块，阳极压焊块覆盖在阳极金属的上表面，阳极金属与所述n-SiC漂移区3及p-NiO结区4连接，阳极5厚度为0.1μm-100μm。阳极压焊块、阳极金属为Ti、Ni、W、Ta、Al、Ag、Cu或Au之一，或Ti、Ni、W、Ta、Al、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含NiO/SiC异质结的SiC MPS二极管，其特征在于，包括衬底(1)，衬底(1)上依次为n-SiC缓冲层(2)、n-SiC漂移区(3)，n-SiC漂移区(3)上端面覆盖有阳极(5)，衬底(1)下端面覆盖有阴极(6)，n-SiC漂移区(3)上表面靠近阳极(5)位置处间隔镶嵌有若干p-NiO结区(4)。/n

【技术特征摘要】
1.一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，其特征在于，包括衬底(1)，衬底(1)上依次为n-SiC缓冲层(2)、n-SiC漂移区(3)，n-SiC漂移区(3)上端面覆盖有阳极(5)，衬底(1)下端面覆盖有阴极(6)，n-SiC漂移区(3)上表面靠近阳极(5)位置处间隔镶嵌有若干p-NiO结区(4)。


2.根据权利要求1所述的一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，其特征在于，所述p-NiO结区(4)的下端面有p-SiC结区(7)，p-SiC结区(7)材料为p型SiC，p-SiC结区(7)的结深为0.5μm，p-SiC结区(7)的宽度为0.2μm-0.9μm。


3.根据权利要求1所述的一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，其特征在于，所述p-NiO结区(4)材料为p型NiO，p-NiO结区(4)的厚度为0.5μm-5μm，p-NiO结区(4)的宽度为0.5μm-10μm。


4.根据权利要求1所述的一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，其特征在于，所述衬底(1)材料为n型SiC，衬底(1)的厚度为100μm-1mm，衬底(1)的上下端表面积为1.0mm2-2.25cm2。


5.根据权利要求1所述的一种含NiO/SiC异质结的SiCMPS二极管，其特征在于，所述n-SiC缓冲层(2)的材料为n型SiC，n-SiC缓冲层(2)的厚度为0.1μm-3.0μm，n-SiC缓冲层(2)的上下端表面积为1....

【专利技术属性】
技术研发人员：王曦，钟艺文，蒲红斌，胡继超，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