一种耐高压光导开关及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐高压光导开关，包括碳化硅衬底及两个电极柱，碳化硅衬底包括相对的第一表面和第二表面，两个电极柱分别对称设置于碳化硅衬底的第一表面和第二表面上，碳化硅衬底的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕电极柱的绝缘介质层，通过在碳化硅晶片的上下表面键合介电常数与其相近的绝缘材料，降低电极边缘场强，减小电流密度，从而提高开关耐压能力及可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种耐高压光导开关及制备方法
本专利技术涉及半导体器件封装领域，尤其涉及一种耐高压光导开关及制备方法。
技术介绍
光导开关(PCSS)是一种由光控制的开关，因其具有ps量级的响应速度以及功率容量大、体积小、使用光脉冲触发而不受电磁干扰等优点，在产生高功率脉冲、超快光电控制和太赫兹源等领域有极其广泛的应用。与Si、GaAs等晶体材料相比，SiC晶体材料具有击穿场强高、禁带宽度大、饱和电子速率快和热导率高等优势，是光导开关的理想衬底材料。但是通常的光导开关耐压能力不足，难以胜任超高电压下使用情况，尤其是在电极与SiC连接的边缘处，场强远远高出所施加的电压，易造成高压击穿，并且大电流通过开关时的集中现象也容易使器件发热，性能退化。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种耐高压光导开关及制备方法，通过在碳化硅晶片的上下表面键合介电常数与其相近的绝缘材料，降低电极边缘场强，减小电流密度，从而提高开关耐压能力及可靠性。为解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种耐高压光导开关，包括碳化硅衬底及两个电极柱：碳化硅衬底，包括相对的第一表面和第二表面；两个所述电极柱分别对称设置于所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上，所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕所述电极柱的绝缘介质层。优选地，所述绝缘介质层的相对介电常数值为9～11。优选地，所述绝缘介质层的材质为AlN陶瓷。优选地，所述绝缘介质层的厚度为0.7mm。优选地，所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上通过玻璃浆料分别键合有环绕所述电极柱的所述绝缘介质层。优选地，所述电极柱为侧面进激光的实心电极柱或垂直进激光的环状电极柱。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种耐高压光导开关的制备方法，包括如下步骤：S1：提供碳化硅晶片，所述碳化硅晶片包括相对的第一表面和第二表面；S2：加工定位框，于所述定位框上开设若干与所述碳化硅晶片尺寸及厚度一致的晶片放置槽；S3：提供两片绝缘片材，根据电极的形状于所述绝缘片材上与所述晶片放置槽对应的位置开设电极孔；S4：于所述碳化硅晶片的第一表面的键合区域涂覆玻璃浆料，将所述碳化硅晶片放置于所述晶片放置槽内，并于所述碳化硅晶片的第一表面盖上一片所述绝缘片材，加热加压将所述碳化硅晶片与所述绝缘片材键合为一体；S5：取下所述定位框，于所述碳化硅晶片的第二表面的键合区域涂覆玻璃浆料，于所述碳化硅晶片的第二表面盖上另一片所述绝缘片材，加热加压将所述碳化硅晶片与所述绝缘片材键合为一体；S6：沿所述碳化硅晶片的边缘进行切割，将键合有所述绝缘片材的碳化硅晶片分割为独立的个体；S7：于所述电极孔内焊接电极柱，并将所述电极柱与所述绝缘片材之间的缝隙采用绝缘胶进行灌封。优选地，所述绝缘片材的材质为AlN陶瓷。优选地，所述绝缘片材的厚度为0.7mm。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：1)本专利技术提供了一种耐高压光导开关，包括碳化硅衬底及两个电极柱，碳化硅衬底包括相对的第一表面和第二表面，两个电极柱分别对称设置于碳化硅衬底的第一表面和第二表面上，碳化硅衬底的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕电极柱的绝缘介质层，通过在碳化硅晶片的上下表面键合介电常数与其相近的绝缘材料，降低电极边缘场强，减小电流密度，从而提高开关耐压能力及可靠性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种耐高压光导开关的截面结构示意图；图2为空气介质光导开关电场分布图；图3为本专利技术实施例提供的一种耐高压光导开关的电场分布图；图4为本专利技术实施例提供的一种耐高压光导开关的制备方法的流程图；图5为带电极孔的绝缘介质层的结构示意图；图6为定位框的结构示意图；图7为双面键合绝缘介质层的碳化硅晶片的结构示意图。附图标记说明：1：碳化硅衬底；2：电极柱；3：绝缘介质层；4：玻璃浆料；5：定位框；51：晶片放置槽；6：绝缘片材；61：电极孔。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术提出的一种耐高压光导开关及制备方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。实施例一参看图1所示，本实施例提供了一种耐高压光导开关，包括碳化硅衬底1及两个电极柱2；碳化硅衬底1包括相对的第一表面和第二表面，在本实施例中，碳化硅衬底1为掺杂载流子的半导体碳化硅晶片；两个电极柱2分别对称设置于碳化硅衬底1的第一表面和第二表面上，碳化硅衬底1的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕电极柱2的绝缘介质层3，在本实施例中，电极柱2可以选择侧面进激光的实心电极柱或垂直进激光的环状电极柱；在本实施例中，碳化硅衬底1的第一表面和第二表面上通过玻璃浆料4分别键合有环绕电极柱2的绝缘介质层3，在本实施例中，碳化硅衬底1与绝缘介质层3之间的粘结材料可以选用玻璃浆料，也可以选用其他绝缘键合材料进行粘结，在此不予限制；绝缘介质层3的材质应选用与碳化硅衬底1介电常数相近的材料，如碳化硅或氮化铝陶瓷，在本实施例中，绝缘介质层3的相对介电常数值为9～11，绝缘介质层3的厚度根据电场仿真优化得出，参见图2所示，图2为空气介质光导开关电场分布图，即现有的未在碳化硅晶片的上下表面键合绝缘材料的光导开关，通过仿真软件Maxwell建立模型，进行光导开关的电场仿真，当介质为空气时，施加30kV的电压，仿真得出电极与晶片连接的边缘最大场强达到416kV/mm；参看图3所示，图3为在碳化硅晶片的上下表面键合氮化铝陶瓷后的光导开关，通过仿真软件Maxwell建立模型，进行光导开关的电场仿真，电极柱2与碳化硅衬底1连接的边缘最大场强降至37.6kV/mm，AlN陶瓷的最优厚度为0.7mm，使用绝缘SiC作为绝缘介质，相比AlN陶瓷场强可以略有减少，但从成本考虑本实施例的绝缘介质层3选用AlN陶瓷；本专利技术提供了一种耐高压光导开关，包括碳化硅衬底1及两个电极柱2，碳化硅衬底1包括相对的第一表面和第二表面，两个电极柱2分别对称设置于碳化硅衬底1的第一表面和第二表面上，碳化硅衬底1的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕电极柱2的绝缘介质层3，通过在碳化硅晶片的上下表面键合介电常数与其相近的绝缘材料，降低电极边缘场强，减小电流密度，从而提高开关耐压能力及可靠性。实施例二参看图4所示，基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种耐高压光导开关的制备方法，包括如下步骤：S1：提供碳化硅晶片1，并将碳化硅晶片1加工至所需的尺寸，碳化硅晶片1包括相对的第一表面和第二表面；S2：参看图5所示，加工定位框5，于定位框5上开设若干与碳化硅晶片1尺寸及厚度一致的晶片放置槽51，定位框5选用与玻璃浆料无粘接性能的材料；S3：参看图6所示，提供两片绝缘片材6，根据电极的形状于绝缘片材6上与晶片放置槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高压光导开关，其特征在于，包括碳化硅衬底及两个电极柱：/n碳化硅衬底，包括相对的第一表面和第二表面；/n两个所述电极柱分别对称设置于所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上，所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕所述电极柱的绝缘介质层。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高压光导开关，其特征在于，包括碳化硅衬底及两个电极柱：
碳化硅衬底，包括相对的第一表面和第二表面；
两个所述电极柱分别对称设置于所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上，所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上还分别键合有环绕所述电极柱的绝缘介质层。


2.根据权利要求1所述的耐高压光导开关，其特征在于，所述绝缘介质层的相对介电常数值为9～11。


3.根据权利要求2所述的耐高压光导开关，其特征在于，所述绝缘介质层的材质为AlN陶瓷。


4.根据权利要求3所述的耐高压光导开关，其特征在于，所述绝缘介质层的厚度为0.7mm。


5.根据权利要求1所述的耐高压光导开关，其特征在于，所述碳化硅衬底的第一表面和第二表面上通过玻璃浆料分别键合有环绕所述电极柱的所述绝缘介质层。


6.根据权利要求1所述的耐高压光导开关，其特征在于，所述电极柱为侧面进激光的实心电极柱或垂直进激光的环状电极柱。


7.一种耐高压光导开关的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供碳化硅晶片，所述碳化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗燕，尚吉扬，李培，刘凯，闵康磊，王立春，姚崇斌，
申请(专利权)人：上海航天电子通讯设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31