快速恢复二极管制造技术

本发明专利技术提供一种快速恢复二极管，包括p型半导体层和与p型半导体层接触的n型半导体层，其中，横向上，从p型侧外表面到冶金结处，p型半导体层内的少子寿命逐渐变长、掺杂浓度逐渐降低，从冶金结处到n型侧外表面，所述n半导体层内的少子寿命逐渐变短、掺杂浓度逐渐增加。该快速恢复二极管通过控制掺杂浓度和少子寿命来获取具有较好的正向恢复特性。本发明专利技术还提供另一种快速恢复二极管，也通过控制P型半导体层和n型半导体层中的掺杂浓度和少子寿命来获取较好的反向恢复特性；本发明专利技术还提供另一种快速恢复二极管，也通过控制P型半导体层和n型半导体层中的掺杂浓度和少子寿命来获取同时具有较好的正向恢复特性和反向恢复特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件
，尤其涉及快速恢复二极管。
技术介绍
快速恢复二极管(FRD，FAST RECOVERY DIODE)是一种用外延硅单晶片做材料， 用COMS工艺技术制作的新一代新型电力半导体器件，具有高频率、高电压、大电流、低损耗和无电磁干扰等优点。FRD可以作为输出整流二极管、嵌位二极管、吸收二极管等单独使用，也可以作为续流二极管与绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)配套使用。快速恢复二极管单管和模块以及与IGBT组合的模块广泛用于电机变频调速、电焊机、各种开关电源、逆变器、静电感应等加热等工业、医药和航天航空领域。快速恢复二极管的一个工作周期中包含正向恢复和反向恢复。目前，在电力电子线路中，为了提高运行效率和可靠性，要求快速恢复二极管有较好的正向恢复特性和反向恢复特性。所谓正向恢复特性即快速恢复二极管开通初期出现较高的瞬态压降，经过一定时间后才能处于稳定状态，该时间反映了正向恢复特性；所谓反向恢复特性即在较短的时间内，二极管能够从正向导通状态恢复到反向阻断状态。快速恢复二极管一般要求具有较快的反向恢复。但是，较快的反向恢复，导致了较快的电流上升率(di/dt)，将进一步引起电流在反向恢复过程中出现振荡，产生电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference)问题，影响了线路的可靠性。因此，在高频电力电子线路中，一个好的快速恢复二极管不仅反向恢复要快，而且反向恢复还要不振荡，即器件具有较好的反向恢复特性，当然，一个好的快速恢复二极管同样也需要较好的正向恢复特性。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中的快速恢复二极管(FRD)的正向恢复特性和反向恢复特性不能满足需求的技术问题，提供快速恢复二极管，本专利技术提供的快速恢复二极管包括一种具有较好正向恢复特性的快速恢复二极管、一种具有较好反向恢复特性的快速恢复二极管和一种同时具有较好的正向与反向恢复特性的快速恢复二极管。为了解决本专利技术所要解决的技术问题，本专利技术的具体实施方案如下一种快速恢复二极管，包括ρ型半导体层和与ρ型半导体层接触的η型半导体层， 其中，横向上，从P型侧外表面到冶金结处，P型半导体层内的少子寿命逐渐变长、掺杂浓度逐渐降低，从冶金结处到η型侧外表面，所述η半导体层内的少子寿命逐渐变短、掺杂浓度逐渐增加。本专利技术的快速恢复二极管具有较大的空间电荷区和ρη结附近较长的少子寿命。 较大的空间电荷区，使得正向恢复时电流变化就越缓慢；ρη结附近较长的少子寿命，代表就有较多的少子达到空间电荷区，意味着空间电荷区内少子复合的机会越多，空间电荷区宽度减少的速度越快，快速恢复二极管的正向导通时间就越短。因此，本专利技术的快速恢复二极管在正向导通时具有较好的软度和较快的导通速度。本专利技术提供的另一种快速恢复二极管，包括ρ型半导体层和与ρ型半导体层接触的η型半导体层，其中，横向上，从P型侧外表面到冶金结处，P型半导体层内的掺杂浓度逐渐降低、少子寿命逐渐变短，从冶金结处到η型侧外表面，所述η半导体层内的掺杂浓度逐渐降低、少子寿命逐渐变长。本专利技术的快速恢复二极管ρη结处P型掺杂浓度Nd浓度较小、η型掺杂浓度Na浓度较大，使结电容Cj就较小，缩短了反向恢复末期结电容Cj与扩散电容Cs之间的差距，降低了反向恢复末期的振荡可能性。同时本专利技术的快速恢复二极管的少子寿命分布为Pn结附件少子寿命短、两端的少子寿命长。Pn结附件少子寿命短加快了空间电荷区的扩展，即反向恢复时间就越。少子寿命分布和η型半导体层、ρ型半导体层掺杂浓度分布共同作用也使得电子和空穴更加均勻的复合，进一步提高反向恢复的稳定性。因此，本专利技术第二实施例的快速恢复二极管提高了快速恢复二极管的反向恢复特性。本专利技术提供的另一种快速恢复二极管，横向包括P型半导体层和与P型半导体层接触的η型半导体层；其中轴向包括相邻的第一二极管结构和第二二极管管结构；所述第一二极管结构，横向上，从所述第一二极管结构的P型侧外表面到冶金结处，所述第一二极管结构的P型半导体层内的少子寿命逐渐变长、掺杂浓度逐渐降低，从冶金结处到所述第一二极管结构的η型侧外表面，所述第一二极管结构的η半导体层内的少子寿命逐渐变短、 掺杂浓度逐渐增加；所述第二二极管结构，横向上，从所述第二二极管结构的P型侧外表面到冶金结处，所述第二二极管结构的P型半导体层内的掺杂浓度逐渐降低、少子寿命逐渐变短，从冶金结处到所述第二二极管结构的η型侧外表面，所述第二二极管结构的η半导体层内的掺杂浓度逐渐降低、少子寿命逐渐变长。由于本专利技术的该快速恢复二极管通过将具有较好的正向恢复特性的第一二极管结构和具有较好的反向恢复特性的第二二极管结构结合而成，因而同时具有较好的正向恢复和反向恢复特性。附图说明图Ia是本专利技术第一实施例的快速恢复二极管的结构示意图；图Ib是本专利技术第一实施例的快速恢复二极管掺杂浓度曲线和少子寿命曲线示意图；图加是本专利技术第二实施例的快速恢复二极管的结构示意图；图2b是本专利技术第二实施例的快速恢复二极管掺杂浓度曲线和少子寿命曲线示意图；图3是现有的快速恢复二极管的结构和掺杂浓度曲线的示意图；图4是图3中的快速恢复二极管的能带图。具体实施例方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例中，根据电流密度在快速恢复二极管的正向恢复和反向恢复时的指向，以及P型掺杂浓度与其有效值的关系、η型掺杂浓度与其有效值的关系，来改变η型、ρ 型半导体区中的掺杂浓度分布和寿命分布，以改善快速恢复二极管的正向恢复特性和反向恢复特性。在本专利技术中定义，横向为功率半导体的厚度方向，如图Ia中从左至右的方向或者从右至左的方向；轴向是俯视功率半导体器件正面时看到的平面内的任一方向，如图Ia中从上到下的方向或者从下到上的方向。图3是快速恢复二极管的结构和掺杂浓度曲线的示意图。图4是图3中的快速恢复二极管的能带图。下面参照图3和图4，分析快速恢复二极管电流的决定因素。快速恢复二极管包括ρ型半导体层和η型半导体层，该P型半导体层和η型半导体层相接触，接触面为冶金结。在P型半导体层中的少子为电子，η型半导体层中的少子为空穴。为了方便解释，以P型半导体层到η型半导体层的方向为正向，以冶金结处为坐标原点建立一维坐标系。在该快速恢复二极管中还存在有耗尽层，该耗尽层位于-χρΟ和χηΟ之间。重新定义两个坐标系一个坐标系定义在η型半导体层内，称为第二坐标系。以 η型半导体层一侧的空间电荷区(也叫耗尽层)边界χηΟ为坐标原点，以延伸到η型半导体层表面方向为正向建立χ轴，以掺杂浓度为y轴建立第二坐标系，其中，xn表示该点距离 χηΟ的距离为xn个单位；同理，另一个定义在ρ型半导体层内，称为第三坐标系。以ρ型半导体层一侧的空间电荷区边界χρΟ为坐标原点，以延伸到ρ型半导体层表面方向为正向建立χ轴，以掺杂浓度为y轴建立第三坐标系，其中，χρ表示该点距离χρΟ的距离为χρ个单位。P(Xn)表示P型掺杂浓度，η (χρ)表示η型掺杂浓度。根据半导体理论可以得到P型半导体层中电子电流密本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种快速恢复二极管，包括ｐ型半导体层和与ｐ型半导体层接触的ｎ型半导体层，其特征在于，横向上，从ｐ型侧外表面到冶金结处，ｐ型半导体层内的少子寿命逐渐变长、掺杂浓度逐渐降低，从冶金结处到ｎ型侧外表面，所述ｎ半导体层内的少子寿命逐渐变短、掺杂浓度逐渐增加。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周振强，江堂华，吴家键，蔡桥斌，杨飒飒，
申请(专利权)人：比亚迪股份有限公司，
类型：发明
国别省市：94