一种反向阻断双端固态闸流管、其触发电路和制备方法技术

本发明专利技术提供了一种反向阻断双端固态闸流管、其触发电路和制备方法，属于闸流管领域，其包括用作阳极的N

【技术实现步骤摘要】
一种反向阻断双端固态闸流管、其触发电路和制备方法


[0001]本专利技术属于闸流管领域，更具体地，涉及一种反向阻断双端固态闸流管、其触发电路和制备方法。

技术介绍

[0002]在高新技术等领域，脉冲功率技术有着极为重要的应用，而且现在应用范围向着工业和民用领域拓展。反向关断晶闸管是应用在脉冲功率技术中的一种重要的脉冲功率器件。
[0003]反向阻断双端固态闸流管(Reverse Blocking Diode Thyristor,RBDT)是一种pnpn结构的两端半导体闭合开关。RBDT器件最初名为反向开关整流器(Reverse Switching Rectifier,RSR)，其最初被应用为雷达调制器的开关元件。RBDT器件为PNPN四层结构，在触发过程中，需要在阳极和阴极之间施加一个有着较高电压变化率(dv/dt)的触发脉冲。RBDT器件的特殊的触发方式使其导通过程发生在器件的整个区域上，这种触发方式使RBDT器件可以承受有着更高电流上升率(di/dt)的脉冲电流。
[0004]但是，硅基材料经过长时间的研究，使用硅材料制作的器件几乎已经到达了其性能的极限。相比于硅材料，宽禁带碳化硅具有更高的禁带宽度、饱和载流子速度、临界击穿电场和热导率，使得碳化硅器件的性能大大优于硅器件。尤其在雷达领域，爆炸箔起爆器等脉冲领域，尤对器件的开通速率、电流上升率(di/dt)有着较高的要求。
[0005]目前，使用P型碳化硅作衬底制作出来的器件电阻率大，原因是P型碳化硅衬底的电阻率比N型碳化硅衬底高约两个数量级，不利于降低正向压降和通态损耗。进一步研究表明，硅基RBDT器件由于受到硅材料特性的影响，在高压大电流、高电流上升率等场合的应用受到限制。并且高压硅基RBDT器件存在高导通压降、高导通损耗等缺点。此外，采用正高压触发RBDT存在安全隐患。
[0006]因此，需要在现有技术的基础上，进一步改进，开发新型的反向阻断双端固态闸流管。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种反向阻断双端固态闸流管、其触发电路和制备方法，设计了一种碳化硅基长P基区(P
‑
漂移区)反向阻断双端固态闸流管，采用负高压触发RBDT，器件的使用更加安全可靠。并且，通过对工艺流程和器件尺寸、规格的设计以及采用P基区，使得器件具有高电压阻断能力，高开通速率以及高电流上升率(di/dt)能力，同时可以使得器件能够满足小型化需求的趋势。
[0008]为实现以上专利技术目的，本专利技术提供一种反向阻断双端固态闸流管，其包括用作阳极的N
+
碳化硅发射极、依次由N
+
碳化硅发射极上外延生长获得的碳化硅P
‑
漂移区、碳化硅N漂移区和碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区，碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区位于不同的平面但相互平行，两者相互交替连接形成连续的方形凹凸面，碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区共同用作阴极。
[0009]进一步的，碳化硅材质为4H
‑
SiC、6H
‑
SiC或者3C
‑
SiC中的一种或者多种。
[0010]进一步的，N
+
碳化硅发射极厚度为1μm～5μm，碳化硅P
‑
漂移区厚度为30μm～150μm，碳化硅N漂移区厚度为0.8μm～4μm，阴极碳化硅N
+
发射区厚度为0.1μm～1μm，宽度为5μm～15μm，阴极碳化硅P
+
发射区厚度为0.5μm～5μm，宽度为15μm～25μm。
[0011]进一步的，N
+
碳化硅发射极掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3，碳化硅P
‑
漂移区掺杂浓度为1
×
10
14
～2
×
10
15
cm
‑3，碳化硅N漂移区掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm
‑3，阴极碳化硅N
+
发射区掺杂浓度1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3，阴极碳化硅P
+
发射区掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3。
[0012]按照本专利技术的第二个方面，还提供一种如上所述的反向阻断双端固态闸流管的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：
[0013]S1：在洁净的N
+
碳化硅衬底上依次外延生长碳化硅P
‑
漂移区、碳化硅N漂移区和碳化硅P
+
发射区，形成N
+
P
‑
NP
+
结构，
[0014]S2：在碳化硅P
+
发射区采用刻蚀方式形成N
+
注入窗口，在N
+
注入窗口进行N型离子注入，
[0015]S3：执行1150℃～1700℃的高温退火处理，
[0016]S4：将阳极欧姆金属和阴极欧姆金属各自与碳化硅基材料之间形成欧姆接触，得到反向阻断双端固态闸流管半成品，
[0017]S5：对反向阻断双端固态闸流管半成品的侧壁执行切割处理，使侧面形成1
°
～10
°
负斜角的台面，以该台面作为终端方式，或者，
[0018]对反向阻断双端固态闸流管半成品的侧壁执行光刻工艺和刻蚀工艺，使侧壁被刻蚀掉部分，以形成台阶面，在台阶面完成离子注入，获得JTE终端方式，
[0019]负斜角台面的终端方式和JTE终端方式能消除PN结边角处存在曲率造成的功能缺陷，并能提高器件的耐压能力，
[0020]S6：在台面或者台阶面沉积二氧化硅钝化层，获得基于碳化硅基的反向阻断双端固态闸流管。
[0021]按照本专利技术的第三个方面，还提供一种包括如上所述的反向阻断双端固态闸流管的触发电路。
[0022]进一步的，触发电路在工作时候，采用负高压触发的方式。负高压脉冲的dv/dt绝对值达到25000V/μs及以上，在负高压脉冲发生器输出dv/dt脉冲时，通过二极管作用到反向阻断双端固态闸流管上，进而在碳化硅N漂移区形成压降，促使碳化硅P
+
发射区向碳化硅N漂移区注入离子，实现器件导通。
[0023]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下
[0024]有益效果：
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反向阻断双端固态闸流管，其特征在于，其包括用作阳极的N
+
碳化硅发射极、依次由N
+
碳化硅发射极上外延生长获得的碳化硅P
‑
漂移区、碳化硅N漂移区、碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区，碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区位于不同的平面但相互平行，两者相互交替连接形成连续的方形凹凸面，碳化硅P
+
发射区和碳化硅N
+
发射区交替连接形成的连续的方形凹凸结构用作阴极。2.如权利要求1所述的一种反向阻断双端固态闸流管，其特征在于，碳化硅材质为4H
‑
SiC、6H
‑
SiC或者3C
‑
SiC中的一种或者多种。3.如权利要求2所述的一种反向阻断双端固态闸流管，其特征在于，N
+
碳化硅发射极厚度为1μm～5μm，碳化硅P
‑
漂移区厚度为30μm～150μm，碳化硅N漂移区厚度为0.8μm～4μm，阴极碳化硅N
+
发射区厚度为0.1μm～1μm，宽度为5μm～15μm，阴极碳化硅P
+
发射区厚度为0.5μm～5μm，宽度为15μm～25μm。4.如权利要求3所述的一种反向阻断双端固态闸流管，其特征在于，N
+
碳化硅发射极掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3，碳化硅P
‑
漂移区掺杂浓度为1
×
10
14
～2
×
10
15
cm
‑3，碳化硅N漂移区掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm
‑3，阴极碳化硅N+发射区掺杂浓度1
×
10
19
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，卿正恒，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：