[发明专利]一种低功耗快恢复金属氧化物半导体二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及金属氧化物半导体二极管(肖特基二极管)，具体是指一种具有低功耗的快恢复金属氧化物半导体二极管。 

背景技术

在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可或缺。传统的整流二极管主要有PN结二极管和肖特基二极管两类。其中PN结二极管正向导通压降较大，反向恢复时间较长，但是PN结二极管的稳定性较好，能工作于高电压；而肖特基二极管在低电压时正向导通压降小，反向恢复时间短，但是肖特基二极管反向时的泄漏电流相对较高，且不稳定。为了提高二极管性能，国内外已经提出了结势垒控制整流器JBS(JBS：Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier)，混合PiN/肖特基整流器MPS(MPS：Merged P-i-N/Schottky Rectifier)，MOS控制二极管MCD(MCD：MOS Controlled Diode)等器件。 

快恢复二极管(简称FRD)是一种开关特性好、反向恢复时间短的半导体二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极管、续流二极管或阻尼二极管使用。快恢复二极管的内部结构与普通PN结二极管不同，它属于PiN结型二极管，即在P型硅材料与N型硅材料中间增加了基区i，构成PiN结。因基区很薄，反向恢复电荷很小，所以快恢复二极管的反向恢复时间较短，正向压降较低，反向击穿电压(耐压值)较高。快恢复二极管在制造工艺上采用掺金，单纯的扩散等工艺，可获得较高的开关速度，同时也能得到较高的耐压。快恢复二极管的反向恢复时间一般为几百纳秒，正向压降约为0.7V，正向电流是几安培至几千安培，反向峰值电压可达几百到几千伏。超快恢复二极管的反向恢复电荷进一步减小，使其反向恢复时间可低至几十纳秒。 

肖特基二极管是肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode，简称为SBD)的简称。肖特基二极管是近年来问世的低功耗、大电流、超高速半导体器件。肖特基二极管不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属-半导体结原理制作的。肖特基整流管仅用一种载流子(电子)输送电荷，在势垒外侧无过剩少数载流子的积累，因此，不存在电荷储存问题(Qrr→0)，使开关特性获得时显改善。其反向恢复时间极短(可以小到几纳秒)，正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流却可达到几千 毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟的。 

由于肖特基二极管的反向势垒较薄，并且在其表面极易发生击穿，所以反向击穿电压(反向耐压值)比较低，大多不高于60V，最高仅约100V，以致于限制了其应用范围。由于肖特基二极管比PN结二极管更容易受热击穿，反向漏电流比PN结二极管大。 

为了更好地减小正向电压、减小功耗和提高器件的可靠性，设计一种低功耗快恢复金属氧化物半导体二极管，该器件正向导通时通过MOS结构建立电子积累层，减小二极管的正向压降，获得接近肖特基二极管的正向导通压降，由于存在结型场效应管结构反向阻断时可以承受很高的击穿电压并且泄漏电流非常小。 

发明内容

本发明提供一种低功耗快恢复金属氧化物半导体二极管，它具有电子积累层结构和结型场效应管结构，可获得非常低的导通压降(接近肖特基二极管的正向导通压降)，同时可承受很高的反向击穿电压并且泄漏电流非常小，更好地实现了正向导通压降与反向恢复时间之间的折衷。 

本发明技术方案如下：