【技术实现步骤摘要】
一种多结端扩展的碳化硅功率二极管及其制备方法
[0001]本专利技术涉及功率二极管领域,尤其涉及一种多结端扩展的碳化硅功率二极管及其制备方法。
技术介绍
[0002]半导体材料的生长和器件制备技术的发展和突破,常引发新一轮产业革命和新兴产业的兴起。在绝大多数电力电子系统中,硅(Si)基电子器件都有着举足轻重的地位,但是随着时代的不断前进,人们对于Si基器件的研究已经非常成熟,Si基电子电力器件在其材料本身物理特性的制约下已经无法充分地满足生物医学成像、新型智能汽车等领域的抗击穿、耐高压等要求。以SiC、GaN等材料为典型代表的第三代宽禁带半导体材料应运而生,在众多第三代宽禁带半导体中,碳化硅(SiC)材料凭借其禁带宽度大、热导率高、临界击穿电场高等优异的物理及化学特性在近些年得到高速发展,非常适合制作耐高压、大功率、耐高温的半导体功率器件。而在SiC众多半导体功率器件中,PiN功率二极管由于其更快的开关速度,更强的大电流处理能力,被广泛应用。
[0003]因此,SiC基PiN功率二极管的重要性不言而喻,其器件特性的优劣关系到整个电力电子体系性能的好坏。在一些特殊领域,比如在高压传输电网中,要求功率半导体器件具有能够承受高压的能力。然而,在实际制作的器件中,器件实际获得的耐压远小于我们设计时的理论电压值,主要原因是在PN结边缘处存在一定的曲率。这种在PN结边缘存在结弯曲导致电场在边缘处集中现象称为曲率效应。局部电场集中使得该处电场达到了器件的临界电场,从而使得器件提早发生击穿。因此,这种曲率效应对器件实际耐压的 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述功率二极管为沿着中心对称的圆柱形结构,包括自下而上依次层叠的n
+
型SiC衬底层(1)、i型SiC外延层(2);所述i型SiC外延层(2)顶面中心设有圆片形的p
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型SiC层(3),在所述p
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型SiC层(3)的外周呈同心圆状自内向外拓展形成环形结构的p型JTE层(4),所述p型JTE层(4)顶面覆盖有纳米永磁性颗粒层(5);其中,沿着所述p型JTE层(4)径向刻蚀若干个同心圆环状的沟槽结构(6),且沟槽结构(6)内填充SiO2填充层(10),相邻沟槽结构(6)之间形成p型SiC掺杂区(7)。2.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述p型SiC掺杂区(7)是以p型SiC为基底并采用(Al、Fe)共掺杂形成掺杂区,且掺杂深度一致。3.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述p
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型SiC层(3)、P型JTE层(4)厚度递减,且均小于i型SiC外延层(2)厚度。4.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述p型JTE层(4)径向长度与纳米永磁性颗粒层(5)径向长度相等。5.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述沟槽结构(6)的深度、宽度以及与相邻沟槽结构的间距均相等。6.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,所述纳米永磁性颗粒层(5)沿着其径向厚度一致。7.根据权利要求1所述的多结端扩展的碳化硅功率二极管,其特征在于,在所述p
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型SiC层(3)顶面引出Ti/Au金属顶电极(8),在所述n
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型SiC衬底层(1)底面引出Ti/Au金属底电极(9)。8.一种如权利要求1
‑
7任一所述的碳化硅功率二极管的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤S1:所述n+型SiC衬底层(1)的掺杂浓度为5
×
10
18
cm
‑3~1
×
10
19
cm
‑3,厚度为3~6μm;在所述n+型SiC衬底层(1)顶面外延生长出i型SiC外延层(2),所述i型SiC外延层(2)的掺杂浓度范围为1
×
10
14
cm
‑3~9
×
10
16
cm
‑3,厚度为8~12μm;步骤S2:在所述i型SiC外延层(2)顶面中心通过离子注入方式形成圆片状的p+型SiC层(3),所述p+型SiC层(3)的掺杂浓度范围为8
×
10
16
cm
‑3~2
×
10
17
cm
‑3,注入深度为1...
【专利技术属性】
技术研发人员:孙昊,余晨辉,刘可怡,华珈,葛子怡,罗曼,
申请(专利权)人:南通大学,
类型:发明
国别省市:
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