[发明专利]一种超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管

说明书

本发明提供一种超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管，属于功率半导体器件技术领域。本发明提出的超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管具有结型场效应管区、金属氧化物半导体电容结构、正向二极管区、反向二极管区。本发明提出在金属化阳极和两个P型体区之间集成反向二极管区，抑制器件正向工作时P型体区和P型体区下方的N‑外延层构成的PN结二极管导通，使器件在正向工作时只有单极电流，实现超低反向恢复电荷，从而降低器件的开关损耗，提高开关速度。

技术领域

本发明功率半导体器件技术领域，涉及金属氧化物半导体二极管，具体是指一种具有超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管。

背景技术

在电子电路中，二极管是最常用的半导体元件之一，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结二极管正向压降较大，少子的注入使得反向恢复时间较长，但是稳定性较好，能工作在高电压下；肖特基二极管在低压时有很大优势，正向压降较小，不存在少子的注入使得反向恢复时间短，但是肖特基二极管反向泄漏电流较高，且不稳定。为了提高二极管的性能，国内外已经提出了结势垒控制肖特基整流器JBS(Junction Barrier Controlled Schottky Rectifier)，混合PiN/肖特基整流器MPS(Merged PiN/Schottky Rectifier)，MOS控制二极管MCD(MOS Controlled Diode)，超势垒二极管SBR(Super Barrier Rectifier)等二极管器件。为了减小二极管器件反向恢复电荷，降低开关损耗，提高开关速度，设计一种超低反向恢复电荷的二极管，该器件正向导通时通过金属氧化物半导体电容结构建立电子积累层，减小二极管正向压降，由于在金属化阳极和深P体区之间集成了反向二极管区，可以抑制器件正向工作时PN结的导通，使得器件正向工作时只有单极电流，降低了反向恢复电荷，从而降低开关损耗，提高开关速度。

发明内容

本发明公开了一种超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管，通过在金属化阳极和深P体区之间集成反向二极管区，抑制器件正向工作时PN结导通，使器件在正向导通时只有单极电流，降低了器件的反向恢复电荷。由于器件包含有金属氧化物半导体电容结构和结型场效应管结构，可以获得非常低的导通压降，同时可以承受很高的反向电压且漏电很小，实现正向导通压降和反向恢复时间之间的折衷。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种超低反向恢复电荷的金属氧化物半导体二极管，包括金属化阴极1、N+衬底区2、N-外延层3和金属化阳极8；金属化阴极1位于N+衬底区2背面，N-外延层3位于N+衬底区2正面；

所述结型场效应管区9包括位于N-外延层3中的两个P型体区4和位于两个P型体区4之间的N-外延层3，两个P型体区4深度相同，两个P型体区4分别通过上方的一个P型轻掺杂区5与金属化阳极8相连；

结型场效应管区9上方中部设有一个金属氧化物半导体电容结构10，结型场效应管区9和金属氧化物半导体电容结构10之间为N-外延层3；所述金属氧化物半导体电容结构10包括：栅电极7、栅电极7下方的栅氧化层6和位于两个P型体区4上方中部的N-外延层3；所述栅氧化层6位于两个正向二极管区11之间的N-外延层3的表面；所述栅电极7位于栅氧化层6表面并与金属化阳极8相连；

金属氧化物半导体电容结构10两侧设有正向二极管区11，正向二极管区11包括金属化阳极8和P型体区4上方的N-外延层3；

正向二极管区11两侧设有反向二极管区12；所述反向二极管区12包括金属化阳极8和P型轻掺杂区5；P型轻掺杂区5位于P型体区4上方的N-外延层3内。

作为优选方式，所述栅氧化层6的薄膜厚度在5到20纳米之间。

本发明工作原理如下：