[发明专利]具有改进的浪涌能力的肖特基二极管

说明书

相关申请

本申请要求在2005年7月5日提交的美国临时申请No.60/696,634的利益和优先权，其全部公开通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及半导体器件，更为具体地涉及一种改进肖特基二极管的浪涌能力的结构。

背景技术

碳化硅(SiC)肖特基二极管是公知的，并且与其硅(Si)对应物相比，碳化硅(SiC)肖特基二极管具有减小的开关损耗、增加的击穿电压以及减小的体积和重量。因此，在诸如转换器/逆变器、马达驱动器等等的许多应用中，这类器件正在取代Si肖特基器件。

然而，例如，高压SiC肖特基二极管，比如额定600伏的SiC肖特基二极管，比等效的Si器件的浪涌能力低。这样，在诸如AC/DC功率因子校正电路等浪涌耐受性是重要的应用中，常规SiC肖特基二极管的浪涌能力是等效的Si肖特基二极管的浪涌能力的四分之一。

发明内容

按照本发明，SiC肖特基晶片或者甚至是硅(Si)肖特基晶片安装在封装中，该封装被设置成更有效地从其外延阳极侧排除热量，该外延阳极侧是所述晶片的最热侧，从而减小“自热”效应，我们已认识到该“自热”效应是SiC肖特基二极管和等效的Si肖特基晶片浪涌能力下降的根源。

这通过将晶片安装成使其阳极侧良好地耦合到传导性散热器表面来实现。因此，SiC晶片或Si晶片可以从其通常方位反转，且围绕有源区域的护圈被良好绝缘，使得有源阳极区域能够用传导性粘合剂焊接或固定到散热器表面而不会使护圈短路。该支撑表面可以是如被用作TO-220型封装等的常规引线框，或者可以是DirectFET型外壳的传导性“罐状物”的内表面。这类DirectFET型外壳或封装在美国专利No.6,624,522(IR-1830)中示出，其全部内容通过引用结合于此。

为确保阳极到散热器表面的良好电和/或热连接，在2005年10月20日提交的、其全部内容通过引用结合于此的共同未决申请序列No.11/255,021(IR-2769)中所示类型的可焊接的顶部金属在所述晶片、尤其是SiC晶片的阳极表面形成。

附图说明

图1示出了多个不同温度时的SiC肖特基二极管正向电压降和正向电流。

图2示出了在图4的现有技术的封装中、在25℃时、针对正向电流的0.5msec脉冲的不同值、作为时间函数的所测量的正向电压降。

图3类似于图2，但示出了当按照如图5所示的本发明安装有肖特基晶片时的下降的正向电压降。

图4是现有技术的SiC肖特基二极管的横截面，其中阳极层或外延形成层背离主封装散热器。

图5示出了图4的结构，其中晶片被翻转，且晶片的较热外延表面侧面向并热耦合到器件封装或装配的主散热器表面。

具体实施方式

我们对SiC肖特基二极管进行了热和电分析，了解到与等效的Si器件相比其浪涌能力的下降与在高电流和相对较长的脉冲条件下、当晶片不能有效地散发所产生的热量时的晶片的“自热”有关。这种在正向传导期间对器件性能的限制是由于在高电流时正温度系数促使热下降的电压降，该电压降增加直到器件毁坏。

这是由于SiC(诸如4H、3C、6H以及其它等的各种多型中的任一个的)的特性所造成的，并且其强烈依赖于温度，特别是对于如通常出现在典型的SiC器件的顶部外延生长层中的轻掺杂材料。

因此，如图1所示，我们从计算和模拟中已认识到由于自热(R_th＝2.5K/W)而导致的温度对正向电压降和正向电流的巨大影响。在图1中，电流饱和是显然的。

该效应强烈依赖于轻掺杂材料(即，承载肖特基阳极触点的外延层)。因此，该层中的迁移率根据如下公式随着温度而下降：

μ(T)=μ0[T300]-2.5]]>

其中，μ₀＝400。