基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法，主要解决现有氧化镓二极管开启电压高的问题。其方案是：根据氢气易发生爆炸的浓度及氢原子在氧化镓材料中的扩散速度，选取氢气浓度为0.1％～4％和75.6％～100％；选取多只氧化镓二极管器件将其单层摆放固定在存储罐内的底部并密封，再往存储罐内充入所选的氢气，直到罐内压强达到0.1～3MPa；选取恒温箱设备，根据氢气的燃点温度设置其工作温度为20～350℃；将充有氢气且内部放有器件的存储罐放入恒温箱中，打开电源静置储存1～100天后关闭电源取出器件，实现对器件开启电压的降低。本发明专利技术有效降低了氧化镓二极管的开启电压，可应用于高频电力电子系统。可应用于高频电力电子系统。可应用于高频电力电子系统。

【技术实现步骤摘要】
基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法


[0001]本专利技术属于宽禁带半导体
，具体涉及一种降低Ga2O3二极管开启电压的方法，可用于高频电力电子系统。

技术介绍

[0002]Ga2O3功率半导体器件作为一种非常有潜力的半导体元件，在电路中起到整流、放大、开关的作用，未来可以用做各种设备的电源、驱动负载以及电子设备的脉冲功率调节系统，在新能源、轨道交通、航空航天等领域具有重要的潜在应用价值。
[0003]随着空间电推进及电能管理领域的不断发展，对高性能电力电子器件提出了巨大的需求，Ga2O3功率器件正是满足这一需求的重要选择。二极管是Ga2O3功率器件的主要研究内容之一，开启电压是二极管的一个重要器件参数，开启电压的大小，直接影响着器件的开关转换速度和电能损耗，进而影响着器件在实际中的应用。目前，大多数研究主要通过改变二极管器件的结构来降低开启电压。
[0004]邓小川等人在申请号为202010126013.9专利文献中提出通过将三沟道的积累型沟道MOSFET与JFET串联结合而制作出一种超势垒二极管，该二极管相较于传统二极管增加了两个槽栅垂直积累沟道，由原来的单一沟道结构变为三沟道结构，极大地提高沟道中的载流子密度，从而降低器件的开启电压。
[0005]何云龙等人在申请号为202111070355.4专利文献中提出通过在漂移层的上表面开设凹槽，并在凹槽中填充金属Ni，使得金属Ni与Ga2O3漂移层形成肖特基接触，以控制器件的关断，通过阳极金属层与Ga2O3漂移层形成欧姆接触，降低氧化镓肖特基功率二极管的开启电压。
[0006]上述两种方法虽说可降低二极管器件的开启电压，但这些方法由于都需要增加工艺步骤，技术难度较大，成品率低，制造成本高。

技术实现思路
：
[0007]本专利技术的目的是针对上述已有技术的不足，提供一种基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法，以提高器件成品率，降低制造成本。
[0008]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0009]一，技术原理
[0010]氢气是相对分子质量最小的物质，常温下，氢气的性质很稳定，不容易与其它物质发生化学反应。但当条件改变时，如点燃、加热、使用催化剂时，会发生强烈反应，如当氢气被钯或铂金属吸附后具有较强的活性；当空气中的体积分数为4％
‑
75.6％时，容易引起爆炸；当氢气分子进入金属的晶格中，会造成“氢脆”现象。
[0011]氢气在很多领域都有广泛的用途：在医疗上，常用高压氢气治疗肝脏寄生虫感染；在化工领域上，氢气常被用作一种特种气体或者化工原料；在石化工业中，氢气可作为洗发精、润滑剂以及家庭清洁剂的氢化剂；在电子制造领域，氢可用作材料的改性，如氢注入；
[0012]本专利技术正是基于氢气的体积小和被过渡金属催化后具有较强活性的物理特性，利用氢气对氧化镓材料进行改性，以降低氧化镓二极管的开启电压。其通过设置氢气的浓度和压强，在密闭的存储罐中对阳极金属含有Pt、Ni、Pd、Rh、Mo过渡金属的一种或多种的氧化镓二极管进行氢气处理，使氢气被过渡金属催化后形成的具有较强活性的氢原子扩散进入氧化镓材料中，钝化氧化镓材料表面的本征缺陷，使得阳极金属和氧化镓材料接触更好，降低了氧化镓二极管界面处的势垒，从而实现开启电压的降低。
[0013]二，技术方案
[0014]根据上述原理，本专利技术基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015]根据氢气易发生爆炸的浓度为4.0％～75.6％以及氢原子在氧化镓材料中的扩散速度，选取氢气浓度为0.1％～4％和75.6％～100％；
[0016]选取多只Ga2O3二极管器件按照与存储罐内底部相同的圆周单层平铺摆放后固定在存储罐内的底部，并将存储罐密封，再通过存储罐内置的单向充气口往存储罐内充入所选的氢气，直到存储罐内的压强达到0.1～3MPa；
[0017]选取恒温箱设备，根据氢气的燃点温度为400℃，设置恒温箱设备温度为20～350℃；
[0018]检查存储罐的密封情况无误后，将充有氢气且内部装有器件的存储罐放入恒温箱中，检查恒温箱的参数设置无误后，打开电源，直到静置储存时间达到1～100天后关闭电源，取出器件，实现对其开启电压的降低。
[0019]作为优选，其选取的Ga2O3二极管的条件必须同时满足如下两个条件：
[0020]其阳极金属必须包含Pt、Ni、Pd、Rh、Mo过渡金属中的一种或多种；
[0021]其阳极表面不被任何钝化层覆盖。
[0022]作为优选，对存储罐内所充氢气的压强选择，是根据密闭存储罐的耐压值，即存储罐的耐压范围为0.1～3MPa，以此确定存储罐内所充氢气的压强为0.1～3MPa。
[0023]本专利技术由于不需要增加工艺步骤，技术难度较小，成品率高，制造成本低。
[0024]测试结果表明，本专利技术能显著降低器件的开启电压。
附图说明
[0025]图1为本专利技术的实现流程图；
[0026]图2为采用本专利技术氢气处理前后的Ga2O3二极管在低电压下的I
‑
V测试对比图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的具体实例和效果做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0028]参照图1，本专利技术给出如下三种实施例。
[0029]实施例1，选择阳极金属含有Pt的氧化镓肖特基二极管器件，氢气的浓度为100％，气体存储罐内所充氢气的压强为0.3MPa，设置恒温箱中的温度为25℃，气体存储罐在恒温箱的存储时间为7天。
[0030]步骤1，选择实验器件。
[0031]根据Pt金属具有很强的催化性能将其表面的氢气分解成氢原子的化学特性，以此确定选用的实验器件为阳极金属含有Pt的氧化镓肖特基二极管。
[0032]步骤2，选择氢气的浓度和压强。
[0033]根据氢气浓度为100％时不易发生爆炸的性质，通过多次氢处理实验所表明在氢气浓度为100％、压强为0.3MPa下氢原子在氧化镓材料中扩散较快的结果，以此确定选用的氢气浓度为100％，压强为0.3MPa。
[0034]步骤3，将实验器件放置在存储罐内底部。
[0035]3.1)根据气体存储罐底部的面积大小，选择Ga2O3肖特基二极管器件的数量；
[0036]本实施例中气体存储罐的底部形状是直径为10cm的圆，所选单个Ga2O3肖特基二极管器件为1cm
×
1.2cm的长方形，，根据这两者的参数选择进行氢处理的Ga2O3肖特基二极管器件的数量为60只。
[0037]3.2)将所选的60只器件之间按照长边与长边紧挨对齐，宽边与宽边紧挨对齐的方式，单层平铺排列在与存储罐内的底部相同的圆周面积内并固定，以保证器件的阳极区域能充分地与氢气接触。
[0038]步骤4，对气体储存罐充注氢气。
[0039]检查气体储存本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氢气处理的氧化镓二极管开启电压降低方法，其特征在于，包括如下步骤：根据氢气易发生爆炸的浓度为4.0％～75.6％以及氢原子在氧化镓材料中的扩散速度，选取氢气浓度为0.1％～4％和75.6％～100％；选取多只Ga2O3二极管器件按照与存储罐内底部相同的圆周单层平铺摆放后固定在存储罐内的底部，并将存储罐密封，再通过存储罐内置的单向充气口往存储罐内充入所选的氢气，直到存储罐内的压强达到0.1～3MPa；选取恒温箱设备，根据氢气的燃点温度为400℃，设置恒温箱设备温度为20～350℃；检查存储罐的密封情况无误后，将充有氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑雪峰，岳少忠，张翔宇，洪悦华，张方，苑子健，马晓华，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：