一种堆栈结构制造技术

本发明专利技术提供一种堆栈结构

【技术实现步骤摘要】
一种堆栈结构SiC光导开关及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种堆栈结构
SiC
光导开关及其制备方法，属于半导体器件制备

。

技术介绍

[0002]光导开关是一种通过光控制载流子的产生与复合来实现开关的导通和关闭状态的新型超快半导体器件，其工作时域可达到皮秒量级，是产生高功率超短脉冲的关键器件
。
作为脉冲功率系统中的新型开关器件，相对于传统的脉冲功率器件，光导开关具有重复频率性能好
、
闭合时间短
(ps
量级
)、
时间抖动小
(ps
量级
)、
开关电感低
(
亚纳亨
)、
同步精度高
(ps
量级
)、
电磁兼容性强等优点，使其在固态紧凑型脉冲功率源上有着较为广阔的应用前景
。
[0003]为了实现大功率，光导开关通常在高电压
、
高电流条件下工作，然而，由于光导开关是通过一定能量的激光触发实现开关的导通与关断，很容易在两个电极之间形成电流密度很高的电流丝，造成电场不均匀引起光导开关器件损坏，无法实现大功率
、
长寿命
。
同时同面型光导开关，在强电场的环境下，易发生沿面闪络等问题，为了提升光导开关高场强下长时间工作的可靠性，需要进一步匀化电场
。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术提供一种堆栈结构/>SiC
光导开关及其制备方法
。
[0005]本专利技术的
SiC
光导开关，在电极之间碳化硅衬底表面设置高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构，改变了衬底载流子的输运过程及电场分布，提升光导开关器件的电场均匀性，提高其使用寿命
。
[0006]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种堆栈结构
SiC
光导开关，包括半绝缘碳化硅衬底和两电极，两电极分别设置在碳化硅衬底上表面的两侧，两电极之间碳化硅衬底中设置堆栈结构，所述的堆栈结构为高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构，当激光触发光导开关后，衬底光生载流子输运过程被高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构改变
。
[0008]根据本专利技术优选的，高掺堆栈结构的掺杂浓度为5×
10
18
cm
‑3～1×
10
19
cm
‑3。
[0009]根据本专利技术优选的，金属堆栈结构为
Al
金属堆栈结构
、Pt
金属堆栈结构或
Au
金属堆栈结构
。
[0010]根据本专利技术优选的，堆栈结构的厚度为
20nm
‑
2um。
[0011]根据本专利技术优选的，堆栈结构为周期性或者非周期性排列形成
。
[0012]上述堆栈结构
SiC
光导开关的制备方法，包括步骤如下：
[0013]1)
提供一半绝缘碳化硅衬底，
[0014]2)
在半绝缘碳化硅衬底的上面制备高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构；
[0015]3)
利用光刻工艺在堆栈结构两侧的半绝缘碳化硅衬底上制备光导开关的电极图
形；
[0016]4)
在步骤
3)
处理后的碳化硅衬底上蒸镀复合金属层，通过丙酮剥离得到带有光导开关电极结构的整片碳化硅晶片；
[0017]5)
经过高温快速退火在电极区域形成欧姆接触；
[0018]6)
对电极进行焊接，封装，得到堆栈结构碳化硅光导开关
。
[0019]根据本专利技术优选的，制备高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构采用如下方法之一进行：
[0020]a、
在电极之间通过刻蚀制备阵列条形凹槽；在刻蚀出的条形凹槽内利用磁控溅射或外延生长形成高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构，然后利用等离子体刻蚀技术去除多余的高掺杂或金属层；
[0021]b、
直接利用离子注入法在电极之间碳化硅衬底上形成高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构
。
[0022]根据本专利技术优选的，方法
a
中，刻蚀方法为机械刻蚀，或干法刻蚀，或湿法刻蚀
。
[0023]根据本专利技术优选的，方法
a
中，条形凹槽的深度为
20nm
‑
2um
，条形凹槽的长度为衬底的宽度
。
[0024]根据本专利技术优选的，方法
a
中，条形凹槽呈周期性或者非周期性排列
。
[0025]根据本专利技术优选的，步骤
4)
中，复合金属层为
Ni/Ti/Pt/Au
复合金属层或者
Ni/Ti/Al/Ti/Au
复合金属层
。
[0026]根据本专利技术优选的，步骤
5)
中，高温快速退火，温度为
900
‑
1000℃
，退火时间为8‑
15min。
[0027]优选的，步骤
5)
中，高温快速退火温度为
950℃
，处理时间为
10min。
[0028]本专利技术堆栈结构呈周期性或者非周期性排列，即条形间隔均匀或不均匀均可
。
[0029]本专利技术的技术特点及优点：
[0030]本专利技术提供的碳化硅光导开关通过离子注入或刻蚀后通过外延生长或磁控溅射形成高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构，高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构与衬底碳化硅形成单边突变结，耗尽区分布在低掺杂的衬底一侧，当激光触发光导开关后，衬底光生载流子输运过程被高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构改变，提升光导开关器件的电场分布均匀性，提高开关寿命
。
附图说明
[0031]图1为实施例1的堆栈结构
SiC
光导开关的截面结构示意图；
[0032]图2为实施例1的堆栈结构
SiC
光导开关的俯视结构示意图；
[0033]图中：
1、
电极，
2、
堆栈结构，
3、
碳化硅衬底
。
[0034]图3为实施例1的堆栈结构
SiC
光导开关电场分布仿真结果图，横坐标代表开关横向距离，纵坐标为电压；
[0035]图4为实施例2的堆栈结构
SiC
光导开关电场分布仿真结果图，横坐标代表开关横向距离，纵坐标为电压；
[0036]图5为实施例3的堆栈结构
SiC
光导开关电场分布仿真结果图，横坐标代表开关横向距离，纵坐标为电压；
[0037]图6为实施例6的堆栈结构
SiC
光导开关电场分布仿真结果图
。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种堆栈结构
SiC
光导开关，包括半绝缘碳化硅衬底和两电极，两电极分别设置在碳化硅衬底上表面的两侧，两电极之间碳化硅衬底中设置堆栈结构，所述的堆栈结构为高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构，当激光触发光导开关后，衬底光生载流子输运过程被高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构改变
。2.
根据权利要求1所述的堆栈结构
SiC
光导开关，其特征在于，高掺堆栈结构的掺杂浓度为5×
10
18
cm
‑3～1×
10
19
cm
‑3。3.
根据权利要求1所述的堆栈结构
SiC
光导开关，其特征在于，金属堆栈结构为
Al
金属堆栈结构
、Pt
金属堆栈结构或
Au
金属堆栈结构
。4.
根据权利要求1所述的堆栈结构
SiC
光导开关，其特征在于，堆栈结构的厚度为
20nm
‑
2um
，堆栈结构为周期性或者非周期性排列形成
。5.
权利要求1所述的堆栈结构
SiC
光导开关的制备方法，包括步骤如下：
1)
提供一半绝缘碳化硅衬底，
2)
在半绝缘碳化硅衬底的上面制备高掺杂堆栈结构或金属堆栈结构；
3)
利用光刻工艺在堆栈结构两侧的半绝缘碳化硅衬底上制备光导开关的电极图形；
4)
在步骤
3)
处理后的碳化硅衬底上蒸镀复合金属层，通过丙酮剥离得到带有...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖龙飞，沙慧茹，李阳凡，孙逊，陈秀芳，徐现刚，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：