[发明专利]一种低开启电压二极管

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，涉及低开启电压二极管。

背景技术

在电子领域中，二极管是最常用的基础电子元器件之一。PN结二极管和肖特基二极管是主要的两类传统整流二极管。其中PN结二极管开启电压较大，但稳定性好，能工作于高电压，是少数载流子器件且漏电流较小，但是由于少子存储效应使得器件关断时间较长，关断损耗较大。

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，所以正向开启电压较小。由于是多数载流子导电，所以正向电流较大，但反向漏电流也较大。同时肖特基二极管没有少子存储效应，所以关断损耗极小，可以应用于高频情况。

为了提高二极管性能，国内外已经提出了PiN二极管，结势垒控制整流器JBS（JBS:Junction Barrier 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。在P型和N型半导体材料之间加入薄层低掺杂的本征半导体层，组成的这种P-i-N结构的二极管就是PiN二极管。当为PiN二极管提供正向电压时，P区和N区的载流子同时注入到本征区。但是由于本征区的掺杂浓度比较低，很容易在加正电压的时候形成大注入，本征区大量的电子和空穴不能像PN结二极管一样进行大量复合，通常会延迟一段时间。由于这种延迟现象，绝缘区的电阻率就会很低。本征区也可以帮助器件很好的耐压，但是本征区大量的少子对于器件关断的时候比较不利，反向抽取本征区的少子会影响器件的频率特性，并且增大关断损耗。

结势垒肖特基JBS(JBS:Junction Barrier Schottky Rectifier)结构和混合PiN/肖特基整流器MPS（MPS:Merged P-i-N/Schottky Rectifier）结构的提出，使得PN结与肖特基结构的优点得到结合。其中JBS正向时利用肖特基二极管开启电压较低的优点，使得器件在0.3V左右就能够开启，同时正向时是多数载流子导电，使得器件正向电流大，导通损耗下降。反向时利用PN结二极管的特性，使得器件反向耐压和反向漏电流特性比肖特基好。

发明内容

为了更好地减小正向开启电压、提高器件正向电流和减小器件导通功耗，本发明提供一种低开启电压二极管，它具有阳极欧姆接触、肖特基结构和结型场效应管结构。结型场效应管结构的引入，使得器件开启电压很低，使器件具有较高击穿电压并且较小泄漏电流。由于正向阳极欧姆接触和肖特基结构可以提高器件的正向电流，该二极管可以获得非常低的导通压降。在反向电压下阳极肖特基结构的耗尽区加速了半导体表面的导电沟道的夹断，也有助于减小器件漏电流，

本发明技术方案如下：

一种低开启电压二极管，其基本结构如图1所示，包括N⁺衬底2、位于N⁺衬底2背面的金属化阴极1和位于N⁺衬底2正面的N^-外延层3；N^-外延层3表面是金属化阳极8，N^-外延层3顶部两侧分别具有一个P型重掺杂区6，两个P型重掺杂区6旁边分别具有一个N型重掺杂区7；金属化阳极8位于器件顶层，覆盖在所有P型重掺杂区6、N型重掺杂区7以及N^-外延层3的表面；两个P型重掺杂区6下方还分别具有一个深P体区5，两个深P体区5分别通过一个P型重掺杂区6与金属化阳极8相连；深P体区5的横向尺寸大于P型重掺杂区6的横向尺寸，两个深P体区5和它们之间的N^-外延层3构成一个结型场效应晶体管区4。

本发明的工作原理：

本发明所提供的一种低开启电压二极管，结型场效应管区的长度较大时，在阳极加较小的正电压就可以使结型场效应管区的耗尽区中间产生一条电流通路。阳极欧姆接触使得器件只有要电流通路就可以在阳极和阴极之间产生电流，即使阳极所加电压还不足以打开肖特基结和PN结产生正向大电流。结型场效应管结构的引入，使得在很小的反向电压下导电沟道被夹断，增加的反向电压主要由低掺杂的外延层承受，大大降低了泄漏电流并且提高了击穿电压。在反向电压下肖特基结构的耗尽区加速了半导体表面导电沟道的夹断，更好地实现了器件开关特性的提升。现以图1为例，说明本发明的工作原理。