[发明专利]一种快速软恢复功率开关二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电力半导体器件技术领域，涉及一种快速软恢复功率开关二极管，本发明还涉及该种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。

背景技术

电力半导体器件的发展，特别是新型器件的出现和应用，都会以自己独有的特性占有不同的相关领域，使应用范围不断的拓展。同时，电力电子技术的发展对器件提出更高的要求，又会促进器件性能的提高和新器件的研究与发展。

在许多工作条件下，很多器件需要一个与之反并联的二极管以提供续流通道，减少电容的充放电时间，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。其中续流二极管的反向特性对施加于有源元件的尖峰电压及电路的效率产生很大影响，要求具有良好的快速和软恢复特性。

二极管和一般开关的不同在于，“开”与“关”由所加电压的极性决定，而且“开”态有微小的压降V_f，“关”态有微小的电流I₀。如图1所示，当电压由正向变为反向时，电流并不立刻成为(-I₀)，而是在一段时间t_s内，反向电流始终很大，二极管并不关断。经过t_s后，反向电流才逐渐变小，再经过t_f时间，二极管的电流才成为(-I₀)，t_s称为储存时间，t_f称为下降时间。t_rr＝t_s+t_f称为反向恢复时间，以上过程称为反向恢复过程。软度因子S定义为S＝t_f/t_s，S越大，说明反向恢复电流曲线越平缓，即曲线的软度越好。I_fm为正向通态电流，I_rm为反向恢复峰值电流。

传统的Si功率PiN开关二极管虽然具有较低的正向压降、较好的阻断能力、造价低廉、制作简单，然而它的反向恢复性能较差。为减少开态时的贮存电荷量获得较快的开关速度，常利用金和铂的扩散以及通过高能电子辐照等引入复合中心的方法减少少子寿命，这样又会造成二极管的硬恢复特性差及漏电流较大，同时也不易于集成。因此需要采用新材料和新结构解决这样的矛盾。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速软恢复功率开关二极管，解决了现有技术中存在的传统PiN二极管的反向恢复峰值电流过大，反向恢复时间长的问题。

本发明的另一个目的是提供该种快速软恢复功率开关二极管的制备方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种快速软恢复功率开关二极管，从上到下依次设置有P⁺阳极区、超结部分、N^-层和N⁺P⁺N⁺阴极区。

本发明所采用的第二种技术方案是，一种快速软恢复功率开关二极管的制备方法，按照如下步骤实施：

步骤1、选取掺杂浓度均为2×10¹⁴cm^-3-3×10¹⁵cm^-3数量级的轻掺杂衬底晶片，厚度为20μm-400μm；

步骤2、采用外延方法，使用氢气作为还原剂，在1100℃-1300℃高温下四氯化硅被氢还原析出硅，外延时间为20-120min，形成厚度为10μm-200μm的本征硅片；

步骤3、采用干-湿-干氧化法在本征硅片表面生长一层SiO₂薄膜，厚度为2-4μm；

步骤4、涂抹并刻蚀光刻胶，使得右半部分SiO₂表面裸露出来；

步骤5、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的右半边硅片表面区域；

步骤6、进行硼离子注入；

步骤7、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；

步骤8、采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度为2-4μm，并涂抹刻蚀光刻胶；

步骤9、刻蚀SiO₂露出需要进行离子注入的左半边硅片表面区域；

步骤10、进行磷离子注入；

步骤11、刻蚀掉剩余光刻胶和SiO₂掩蔽层；没有区别这个步骤是重复的，只不过刻蚀部位不同；

步骤12、进行硼离子注入形成阳极区；

步骤13、翻转器件；

步骤14、采用干-湿-干氧化法在硅片表面生长一层薄膜SiO₂，厚度为2-4μm；