[实用新型]一种SiC结势垒肖特基二极管

说明书

本实用新型公开了二极管领域内的一种SiC结势垒肖特基二极管，包括N⁺‑SiC衬底；形成于N⁺‑SiC衬底背部的阴极电极；形成于N⁺‑SiC衬底上的同型N^‑‑SiC外延层；形成于N^‑‑SiC外延层上的SiO₂介质层和阳极电极；形成于阳极电极下的P^‑结终端扩展结构；P^‑型结终端扩展位于肖特基结的外边缘处，具有渐变的掺杂浓度。本实用新型中的SiC肖特基二极管采用浓度渐变的结终端扩展结构，解决了结终端扩展结构对掺杂浓度和剂量过于敏感的问题，可用于电力电子领域。

技术领域

本实用新型涉及一种二极管，特别涉及一种肖特基二极管。

背景技术

电力电子技术是利用如晶闸管、GTO、IGBT等电力电子器件对电能进行变换和控制的一门电子技术，在当今能源开发和利用中发挥着举足轻重的作用。当前，传统的硅基电力电子器件的性能指标水平基本上维持在109-1010W•Hz，已逼近了硅材料因寄生二极管制约而能达到的极限。为了突破目前的器件极限，一般选择采用宽能带间隙材料制作的半导体器件，如碳化硅（SiC）或氮化镓（GaN）器件。

碳化硅材料具有优良的物理和电学特性，以其宽的禁带宽度、高的热导率、大的饱和漂移速度和高的临界击穿电场等独特优点，成为制作大功率、高频、耐高温、抗辐射器件的理想半导体材料。碳化硅电力电子器件的击穿电压可达到硅器件的十倍，而导通电阻仅为硅器件的数十分之一，开关速度快，热导率高，电能转换损耗小，散热系统简单，最终使整个系统的体积和重量显著降低。以SiC材料制备的电力电子器件已成为目前半导体领域的热点器件和前沿研究领域之一，是电力电子技术最为重要的发展方向，在军事和民用领域具有重要的应用前景。

利用SiC材料制备的肖特基二极管能提供理想的动态性能。SiC肖特基二极管属于多数载流子器件，工作过程中没有电荷储存，因此反向恢复电流仅由耗尽层结电容造成，其反向恢复电流以及其反向恢复损耗比Si超快恢复二极管要低一到两个数量级；进一步地，能够大幅度减少和SiC肖特基二极管匹配的开关管的开通损耗，提高电路的开关频率；进一步地，SiC肖特基二极管几乎没有正向恢复电压，能够立即导通，不存在双极型器件的开通延时现象。在常温下，SiC肖特基二极管的正向导通压降和Si超快恢复器件基本相同，但是由于SiC肖特基二极管的导通电阻具有正温度系数，这将有利于将多个SiC肖特基二极管并联。在二极管单芯片面积和电流受限的情况下，这可以大幅度提高SiC肖特基二极管的容量，使它在较大容量中的应用成为可能。SiC肖特基二极管可以广泛应用于电动汽车/混合动力车等需进行功率转换的逆变器、转换器、PFC电路，以及太阳能、风能等新能源中的整流、逆变等领域。

在电力电子系统中，电力电子器件的特性对系统性能的实现和改善起着至关重要的作用。由于器件的击穿电压在很大程度上取决于结曲率引起的边缘强电场，因此为了缓解表面终止的结边缘处的电场集中，提高器件的实际击穿电压，需要对器件进行结终端结构的设计。结终端结构主要包括场板（FP）、场限环（FLR）、结终端延伸（JTE）等。在平面结终端技术中，场板技术对耐压的提升有限，不能达到耐压要求；场限环技术能达到耐压要求，但是其对环间距太过敏感，器件设计和工艺难度大；JTE的击穿效率最高，在SiC电力电子器件结构中具有非常广泛的应用。