CN102263139A - 一种改进的混合整流二极管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种改进的混合整流二极管结构，包括N+衬底区(100)、N型漂移区(101)、有源区结P+部分(102)、第一部分阳极电极(104)、阴极电极(105)、二氧化硅层(106)、第二部分阳极电极(107)；还包括有源区结P部分(103)，所述有源区结P部分(103)包围有源区结P+部分区域(102)。本发明将结终端保护环与二极管有源区同时形成，并且所有区域102都在区域103中形成，在不牺牲器件正向特性，输出电容的前提下，提高了结势垒肖特基二极管器件的耐压。本发明与普通MPS、JBS工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种二极管，具体地说是一种混合整流二极管结构。
背景技术
碳化硅(SiC)是第三代半导体材料的典型代表，也是目前晶体生长技术和器件制造水平最成熟、应用最广泛的宽禁带半导体材料之一，可制作出性能更加优异的高温(300～500℃)、高频、高功率、高速度、抗辐射器件。在同样的耐压和电流条件下，SiC器件的漂移区电阻要比硅低200倍，即使高耐压的SiC场效应管的导通压降，也比单极型、双极型硅器件的低得多；SiC器件的开关时间可达10ns量级，并具有十分优越的FBSOA；SiC功率器件，性能指标比砷化镓器件还要高一个数量级。SiC功率器件可显著降低电子设备的能耗，因此SiC功率器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。
PiN二极管和肖特基二极管是最常用的两种功率整流器。图2给出了普通的结势垒肖特基二极管器件结构。肖特基二极管的I-V特性与PN结二极管非常类似，但电流成分不同。单极型的肖特基二极管比双极型P-i-N二极管有更快的开关速度，然而，肖特基二极管的反向漏电流大，击穿电压低，并不适合高压应用。同时拥有SBD快速和P-i-N耐高压的器件是最好的选择。这种二极管称作JBS(Junction Barrier Schottky)或MPS(Merged PiN/Schottky)。将PN结集成在肖特基结构中，在反向应用时PN结的耗尽区将肖特基界面屏蔽于高场之外，避免了肖特基势垒降低效应，使反向漏电流大大减小。MPS有厚的漂移区，适合于高压工作。JBS器件采用肖特基势垒低的金属，降低了正向压降，而它的反向漏电流由于PN结的屏蔽效应而降低。正向导电性由肖特基接触决定，而反向阻断由PN结决定，所以该器件的开关速度很快。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在不牺牲器件正向特性，输出电容的前提下，能提高结势垒肖特基二极管器件的耐压的改进的混合整流二极管结构。
本发明的目的是这样实现的：
包括N+衬底区100、N型漂移区101、有源区结P+部分102、第一部分阳极电极104、阴极电极105、二氧化硅层106、第二部分阳极电极107；还包括有源区结P部分103，所述有源区结P部分103包围有源区结P+部分区域102。
本发明还可以包括：
1、有源区结P部分103的掺杂浓度低于有源区结P+部分102的掺杂浓度。
2、第一部分阳极电极104和阴极电极的金属105与N型漂移区101接触为欧姆接触，第 二部分阳极电极107与有源区结P+部分102和有源区结P部分103接触肖特基接触，且第一部分阳极电极104与第一部分阳极电极107短接。
本发明的一种改进的混合整流二极管结构，可通过优化设计漂移区101的掺杂浓度及二维尺寸，场氧化层106的二维尺寸。本发明结构不仅PN结处有电场峰值点，而且在区域102的边缘处也有电场峰值点，这使得PN结弯曲处电场峰值点在相同负向偏置电压比普通结势垒肖特基二极管低，由此可见本发明的一种改进的混合整流二极管结构具有耐压大幅度提升特点。
本发明提供了一种改进的混合整流二极管结构。将结终端保护环与二极管有源区同时形成，并且所有区域102都在区域103中形成，在不牺牲器件正向特性，输出电容的前提下，提高了结势垒肖特基二极管器件的耐压。本发明与普通MPS、JBS工艺兼容，具有很强的可实施性，更易满足功率电子系统的应用要求。
MPS、JBS器件的结构参数主要是肖特基势垒高度、注入窗口、肖特基接触所占比例、外延层浓度、外延层厚度等。MPS、JBS的击穿电压依赖于半导体击穿电场、外延层掺杂浓度额器件边缘终端。由于JBS、SBD、MPS等器件对终端的要求苛刻，对表面电荷敏感度高，本发明提出了P阱中形成P+区的保护环结构，并将这种结构应用于MPS、JBS内部P+环形成，本发明称这种结构为一种改进的混合整流二极管结构。
附图说明
图1是本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件结构示意图；
图2是普通的结势垒肖特基二极管器件结构示意图；
图3是本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件击穿电压特性的比较；
图4是本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件输出电流的比较；
图5是本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件输出电容的比较。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
参照图1，本发明的一种改进的混合整流二极管结构。包括N+衬底区100、N型漂移区101、有源区结P+部分102、有源区结P部分103、第一部分阳极电极104、阴极电极105、二氧化硅层106、第二部分阳极电极107。其特征在N+衬底区100上外延形成N+衬底区100，然后氧化、光刻，利用注入、扩散工艺，依此形成有源区结P部分103、有源区结P+部分102；有源区结P部分103包围有源区结P+部分区域102；有源区结P部分103的掺杂浓度低于有源区结P+部分102的掺杂浓度；第一部分阳极电极104和阴极电极的金属105与N型漂移区101 接触为欧姆接触，第二部分阳极电极107与有源区结P+部分102和有源区结P部分103接触肖特基接触，且第一部分阳极电极104与第一部分阳极电极107短接。在反向电压偏置下，相邻耗尽区连通后起到抑制肖特基接触势垒降低效应使得反向耐压提高；由于低浓度掺杂的有源区结P部分103存在，使得体内电场提高，而不是过度集中于结终端结深处，使得器件耐压提高，漏流降低。根据器件具体导通特性、击穿特性、输出电容的要求，确定图1中漂移区101的掺杂浓度及二维尺寸，二氧化硅层106的二维尺寸、区域102、区域103的二维尺寸。
参照图3，由本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件击穿电压特性的比较可见，相对于普通结势垒肖特基二极管器件，本发明器件不仅提高了耐压而且降低了漏流，由于引入了新的电场峰值点即不仅PN结处有电场峰值点，而且在区域102的边缘处也有电场峰值点，这使得PN结弯曲处电场峰值点在相同负向偏置电压比普通结势垒肖特基二极管低，同时耗尽层在耐压较小时厚度比普通结势垒肖特基二极管厚，降低了反向漏电流。
参照图4，由本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件正向导通特性的比较可见，相对于普通结势垒肖特基二极管器件器件，正向导通特性特性几乎没有差别。由于JBS器件的肖特基接触面积比PiN结面积的比例未发生变化，说明本发明不影响JBS的导通特性。
参照图5，由本发明的一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件输出电容的比较可见，相对于普通结势垒肖特基二极管器件，一种改进的混合整流二极管结构器件的输出电容差别甚小，没有超过一个数量级，但是随反向偏置电压升高，本发明器件输出电容较小。由于一种改进的混合整流二极管结构器件与普通结势垒肖特基二极管器件的结深一样、内部PiN管结面积也一致，但本发明的少子电荷数量少于普通JBS，说明本发明对输出电容略有改善。
上述为本发明特举之实施例，并非用以限定本发明。本发明提供的一种改进的混合整流二极管结构器件结构同样适用于其它材料功率半导体器件以及MPS等。在不脱离本发明的实质和范围内，可做些许的调整和优化，本发明的保护范围以权利要求为准。
Claims (3)
1.一种改进的混合整流二极管结构，包括N+衬底区100)、N型漂移区(101)、有源区结P+部分102)、第一部分阳极电极(104)、阴极电极(105)、二氧化硅层106)、第二部分阳极电极(107)；其特征是：还包括有源区结P部分(103)，所述有源区结P部分(103)包围有源区结P+部分区域(102)。
2.根据权利要求1所述的一种改进的混合整流二极管结构，其特征是：有源区结P部分(103)的掺杂浓度低于有源区结P+部分(102)的掺杂浓度。
3.根据权利要求1或2所述的一种改进的混合整流二极管结构，其特征是：第一部分阳极电极(104)和阴极电极的金属(105)与N型漂移区(101)接触为欧姆接触，第二部分阳极电极(107)与有源区结P+部分(102)和有源区结P部分(103)接触肖特基接触，且第一部分阳极电极(104)与第一部分阳极电极(107)短接。
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