CN102820323B - 纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 - Google Patents
纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102820323B CN102820323B CN201210329426.2A CN201210329426A CN102820323B CN 102820323 B CN102820323 B CN 102820323B CN 201210329426 A CN201210329426 A CN 201210329426A CN 102820323 B CN102820323 B CN 102820323B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sic
- type
- doping
- silicon carbide
- plural layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Abstract
本发明公开了一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法，包括单晶碳化硅(4H-SiC)基片、分别沉积于4H-SiC基片两侧的数纳米nc-Si超薄层、P和N型梯度掺杂多层nc-SiC薄膜(4H-SiC型)、沉积于外层nc-SiC薄膜上的合金欧姆电极，所述梯度掺杂nc-SiC多层膜、4H-SiC基片与合金欧姆电极构成电极/nc-SiC/4H-SiC/nc-SiC/电极双缓变结构。本发明的有益效果是，比较过去其它方法制成的FRD，其反向击穿电压提高了约500V，增强了耐压能力；反向恢复时间缩短至100nS，容易实现快速开关；反向恢复时浪涌电流非常小，减少了损耗和电磁干扰。
Description
技术领域
本发明属于电力电子技术领域，涉及半导体器件，具体地说是一种快速恢复二极管(Fast Recovery Diode, 简称FRD)，更具体地说是纳米碳化硅(nc-SiC)/单晶碳化硅(c-SiC)双缓变结快速恢复二极管的制备方法，以及用该方法获得的FRD。
背景技术
FRD是能够快速导通和截止的二极管，它通常与三端功率开关器件如绝缘栅门控双极型晶体管(IGBT)、集成门极换流晶闸管(IGCT)等配合使用，以导通负载中的无功电流，缩短电容的充电时间，并抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压，大量应用于交直流变换器、脉冲宽度调制器等电力电子及通信设备之中。
现有晶体碳化硅（3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等结构类型）材料的FRD，一般均采用外延、扩散、离子注入等工艺制造，器件的各个部分没有纳米晶SiC(Nanocrystalline SiC, nc-SiC)成份。c-SiC衬底的外延掺杂薄膜层需要1500°C以上的高温；扩散形成c-SiC衬底的掺杂薄层需要1500°C以上的高温；离子注入形成c-SiC高掺杂区需要500°C以上的退火；掺杂c-SiC与金属形成欧姆接触也需要700°C以上的退火。这些高温一定程度上造成了能源浪费。
国内外使用外延、扩散、离子注入等技术研制硅FRD的反向恢复时间(tRR)已达微秒(μS)、亚(μS)，软化因子(S)约0.5。受场迁移率不高等因素的限制，硅FRD难以胜任更高频率的要求。而SiC材料FRD的反向和动态特性均优于硅FRD的性能，特别适合高频、高电压、大功率领域的应用。现有的Si及SiC材料FRD一般为P+-N--N+(亦称P-I-N)型，由于工艺条件的限制，P+、N+层的厚度以及P+/N-结、N-/N+结的界面缺陷不易调节，反向恢复电流的峰值(IRRM)、tRR和S等反向恢复性能指标难以准确控制。
近来，国内外的研究人员发现：纳米晶碳化硅(nc-SiC)薄膜(含3C-SiC、4H-SiC、6H-SiC等结构)是由非晶形碳化硅(a-SiC)组织以及嵌在a-SiC组织中的纳米级nc-SiC晶粒构成。张洪涛等人在文献[半导体学报，Vol. 23, No. 7 (2002): 722-724.]中采用PECVD在350°C下制备的B、P掺杂4H-SiC单层薄膜，Hall迁移率达到101cm2·V-1·S-1量级，推测其传导机制是纳米晶体中热激发到导带的电子在经过非晶态与晶体界面及非晶态本身时被隧穿，同时又在纳米晶粒之间产生渗流，从而导致电导率增高。这使它具有比非晶硅(a-Si)高出许多的暗电导率。由于nc-SiC薄膜的结构特征使它具有一系列不同于c-SiC、多晶碳化硅(pc-SiC)、非晶碳化硅(a-SiC)和微晶碳化硅薄膜(μc-SiC)的物性。
虽然尚未见采用nc-SiC研制FRD的报道，但nc-SiC在电力电子器件方面的应用前景引起了我们的重视。
发明内容
本发明之目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，在N-型晶体碳化硅(c-SiC)基片的一侧沉积P型掺杂递增的纳米碳化硅(nc-SiC)多层薄膜，形成(P+P)nc-SiC多层膜/(N-)c-SiC缓变结；在该基片的另一侧沉积N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，形成(N-)c-SiC/(NN+) nc-SiC多层膜缓变结，整体构成(P+P)nc-SiC/(N-)c-SiC/(NN+)nc-SiC双缓变结。根据FRD的发射效率控制原理，调节(P+P)nc-SiC多层膜较薄且载流子浓度稍高；控制(NN+) nc-SiC多层膜较厚且载流子浓度较低。此双缓变结在反向恢复时，(P+P)nc-SiC/(N-)c-SiC结耗尽层在(N-)c-SiC基区侧的边界很快地向基区中心移动；而(N-)c-SiC/(NN+)nc-SiC结耗尽层在(N-)c-SiC基区侧的边界稍慢地向基区中心移动，两个边界重合即少子抽取完成，反向恢复过程完毕。这样，反向恢复时间(tRR)、电流(IRR)、软化因子(S)都能得到有效控制。
本发明之另一个目的是提供一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管的制备方法。
为实现上述第一个目的，本发明的技术方案是包括N-型c-SiC基片、分别沉积于N-型c-SiC基片两侧的两片纳米硅nc-Si超薄膜、分别设置于两片nc-Si超薄膜外侧的P型掺杂递增纳米碳化硅多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，以及分别设置于P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜外侧的二个合金欧姆电极；该P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的掺杂递增方向为靠近N-型c-SiC基片的最内层向最外层递增；
所述合金欧姆电极、P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜、nc-Si超薄膜、N-型c-SiC基片、nc-Si超薄膜、N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和欧姆电极形成电极/(P+P)nc-SiC多层膜/(N-)c-SiC/(NN+) nc-SiC多层膜/电极型双缓变结快速恢复二极管。
进一步设置是所述N-型4H-SiC基片与其两侧的nc-Si超薄膜的接触面为Si原子面，偏离(0001)面8°，表面微管密度低于30μP·cm-2。
进一步设置是所述的N-型4H-SiC基片的载流子浓度1.0×1014 — 9.0×1014 cm-3，厚度为50±2 μm。
进一步设置是所述P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜为硼掺杂，该P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的最内层到最外层的载流子浓度由0递增至1.0×1019 cm-3，且从第二层开始，相邻两层的载流子浓度差为2.0×1016 cm-3—5.0×1018 cm-3。
进一步设置是所述N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜为磷掺杂，该N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的最内层到最外层的载流子浓度载流子浓度由0递增至1.0×1019 cm-3，且从第二层开始，相邻两层的载流子浓度差为2.0×1016 cm-3—5.0×1018 cm-3。
进一步设置是所述P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，共8—10层、每层厚度为0.05—0.08 μm；所述N型nc-SiC多层薄膜，共10—15层、每层厚度为0.5—1.0 μm。
进一步设置是所述两个合金欧姆电极分别为：欧姆连接于P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜最外层外侧的AuTi合金薄膜、以及欧姆连接于N型掺杂递增nc-SiC薄膜最外层外侧的AuNi合金薄膜。
本发明的第二个目的是提供一种上述结构的FRD的制备方法，其包括以下步骤：
（1）、选择厚度50±2 μm、载流子浓度为1.0×1014—9.0×1014 cm-3、双面抛光的N-型4H-SiC为衬底，表面为Si原子面，偏离(0001)面8°，微管密度低于30μP·cm-2；
（2）、在室温下，用刻蚀液刻蚀掉N-型c-SiC二表面的SiO2层；刻蚀液可以采用稀释的HF或王水等。
（3）、采用PECVD法，以SiH4和CH4为混合反应源气，分别以B2H6、PH3为掺杂气，在PECVD反应室内在N-型4H-SiC衬底两侧，首先生长nc-Si超薄层，然后再分别沉积P、N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜（nc-SiC的结构为4H-SiC型），其工艺参数是：
PECVD反应室极限真空度：不低于1.0×10-4 Pa；
混合反应源气掺杂比：对P型nc-SiC多层膜而言，B2H6/(CH4+SiH4)=0.0—5.0 vol%；对N型nc-SiC多层膜而言，PH3/(CH4+SiH4)=0.0—5.0 vol%；
薄膜生长时选用射频RF源频率：13.59MHz≤f ≤ 95.13MHz；
薄膜生长射频RF功率密度：0.3 — 0.8 W/cm2；
薄膜生长衬底温度：Ts=623±50 K；
薄膜生长负直流偏压：Vb=-50 — -250 V；
薄膜生长时反应气体压力：P=0.7 — 1.0 Torr；
（4）、在最外层P型、N型nc-SiC多层薄膜的外侧，分别选用AuTi合金与AuNi合金为原料用电子束蒸发技术制成薄膜，AuTi合金/(P+P)nc-SiC多层膜、AuNi合金/(N+N)nc-SiC多层膜分别形成欧姆连接，其工艺参数是：
电子束蒸发室极限真空度：不低于1.0×10-4 Pa；
灯丝直流电流：I=5-10 A；
衬底温度：Ts=523±50 K；
电极薄膜的厚度：0.5—1.0 μm；
（5）、最终形成AuTi电极/(P+P)nc-SiC多层膜/(N-)4H-SiC/(NN+) nc-SiC多层膜/AuNi电极双缓变结FRD，如图1所示。
（6）、为了方便分析其电学性能，上述研制完成的结构被切成1mm×1mm的测试样品。
本发明的nc-SiC/c-SiC双缓变结FRD，通过上述结构设置，生长掺杂浓度逐步改变的nc-SiC多层膜(multilayer，ML)，提高了纳米晶化薄膜的载流子迁移率，实现了每层的晶粒大小、晶界缺陷(少子寿命控制区)、载流子浓度可控。进而，在4H-SiC的两侧研制半导体双缓变结(P+P)nc-SiC多层膜/N-、N-/(NN+)nc-SiC多层膜代替以往的突变结。在P+P /N-和N-/NN+结反向偏置时，耗尽层宽度增加，结电容变小，因此tRR缩短；结界面的少子密度很低，因而IRR小。调节(P+P)nc-SiC/N-和N-/(NN+)nc-SiC结中多层膜的载流子浓度及其梯度、结的厚度，选择合适的晶界缺陷、多层膜的界面缺陷等，既能适应FRD阳极发射率控制的要求，改善反向恢复性能，又不降低开关速度，形成IRR小、tRR短的碳化硅FRD。本发明所述双缓变结P+P(nc-SiC)/N-(4H-SiC)/NN+(nc-SiC)型FRD，比较过去的同类型器件[Proceedings of 2001 International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs, Osaka, (2001): 45-48.]，本发明FRD的反向击穿电压(VBD)提高了约500 V，使tRR缩短至100 nS以内。
本发明的nc-SiC/c-SiC双缓变结FRD的制备方法，不仅实现了P型和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的掺杂浓度控制要求，进而对IRR小、tRR短的碳化硅FRD提供了人为可控的制造办法，而且该技术相对于传统的外延、扩散、离子注入等方法，所有流程的工艺温度不超过400°C，因此，在制备环节节约了能源。
本发明FRD正向导通时，阳极区和阴极区各自的P+、N+层提供高浓度载流子，形成大电流；另外，纳米级晶粒之间的隧穿、渗流效应促使载流子迁移率进一步提高，从而导致电导率增高，降低了正向压降(VFD)，如图2所示，正向的I—V关系的温度稳定性表明本发明FRD的正向电流呈现明显的隧穿辅助热电子发射特征。器件采用P+P-ML/N-、N-/NN+-ML双缓变结构，二端极区的载流子浓度逐渐下降过渡到N-型c-SiC基区(漂移区)，减少了载流子注入，降低了电导调制效应的影响，提高了FRD工作时的温度稳定性。
另外，本发明公开的AuTi/P+P(nc-SiC)/N-(4H-SiC)/NN+(nc-SiC)/ AuNi型双缓变结FRD，在观测的反向I-V曲线，如图3所示，20——200 ℃温度下击穿电压达到约5.8 kV，呈现明显的雪崩击穿特征。因为SiC材料的击穿电场约是硅材料的约8倍，提高了SiC双缓变结FRD的耐压和电流密度。另外，双缓变结FRD两侧的nc-SiC多层膜是由无序的拓扑网络包覆nc-SiC纳米级晶粒而成，本发明FRD的耐压能力进一步提高，明显高出相同c-SiC层厚度FRD的耐压能力。
分析发现，FRD的开/关电流都起、止于P+/N-及N-/N+结，器件发射率控制聚焦于这些部位的厚度、掺杂浓度及梯度。涉及耐压时，要考虑基区的厚度、掺杂浓度、缺陷复合中心浓度等因素。因此，改善FRD反向恢复特性研究的主要着眼点应该落在阳、阴极半导体结区。过去，外延、扩散或离子注入等制造的P+-N--N+型FRD，因为需要高温处理，P+、N+区的厚度、突变结的界面缺陷不易调节。所以，传统FRD反向恢复过程中，电场扫到两侧的P+/N-及N-/N+结而抽取少数载流子时，就像海浪遇到峭壁，浪涌电流难以消除，引起开关损耗、电磁干扰(EMI)甚至器件损坏。
本发明利用纳米硅(nc-Si)薄膜之目的是，它既可以与晶体SiC的Si原子面外延过渡，也能与nc-SiC薄膜平滑紧密结合，成为c-SiC与nc-SiC之间的平滑过渡层，减少界面缺陷，抑制FRD反向恢复过程中的浪涌电流(snappy current)，以至于降低电路的开关损耗，抑制电磁干扰(EMI)，如图4、图5所示。
本发明采用PECVD制备nc-SiC掺杂梯度递增的多层膜(multilayer, ML)双缓变结P+P(nc-SiC)/N-(4H-SiC)/NN+(nc-SiC)型FRD。此法在不超过400 °C的衬底上沉积P、N型的载流子浓度可达到1019cm-3量级，此温度不会严重影响衬底及多层膜的界面缺陷、载流子的分布，每层的晶粒大小、晶界缺陷、载流子浓度可控，亦即缓变结区的深能级缺陷中心的位置分布及浓度可控。所以，本发明在c-SiC的两面形成的双缓变结P+P-ML/N-、N-/NN+-ML代替以往的突变结，电场扫到两侧的缓变结而抽取少数载流子时，就像海浪遇到缓坡而非峭壁，浪涌电流很快消除，如图4、图5所示，降低开关损耗、电磁干扰(EMI)等。
本发明FRD的阳极区采用较薄的P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，共8—10层、每层厚度为0.05—0.08 μm。其理由在于利用发射效率控制的原理，载流子迅速通过较薄的阳极，减少了复合，有利于缩短tRR，特别是缩短其中的电荷储藏时间tS。而阴极区采用较厚的N型nc-SiC多层薄膜，共10—15层、每层厚度为0.5—1.0 μm。其目的就是在反向电场扫到N-/ML-NN+结区而抽取少数载流子时，该处的少子(空穴)被逐步抽取，特别是延长电荷储藏时间tR，实现软恢复效果；另外，较厚的N型nc-SiC多层膜能提高器件的耐压能力。
本发明的双缓变结P+P(nc-SiC)/N-(c-SiC)/NN+(nc-SiC)型FRD工作时，比较同类型的器件，本发明FRD的反向击穿电压提高了约500 V，如图3所示；反向恢复时间tRR缩短至100 nS以内，浪涌电流被明显抑制，如图4、图5所示，将抑制EMI、降低器件的开关损耗。
如图4所示，正向电流不变时，注入的少子浓度不变，所以tRR基本不变；反向电流随反向电压的增加而变大，是因为反向电压的增加导致耗尽层加宽而使得被抽取的反向恢复电荷增多所致。
如图5所示，反向电压不变时，反向恢复电荷不变，tRR随反向电流的增加而变大，是因为少子注入随反向电流的增加而增多所致。
本发明的FRD经过系列电学实验测试显示，所述的双缓变结型FRD具有耐压高、反向恢复时间短、软恢复等优良特征。
综上所述，本发明的有益效果是，比较过去其它方法制成的FRD，其反向击穿电压提高了约500 V，耐压能力进一步增强；反向恢复时间tRR缩短至100 nS以内，容易实现快速开关；反向恢复时浪涌电流非常小，减少了损耗和电磁干扰。
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做进一步介绍。
附图说明
图1 本发明结构示意图；
图2 本发明测试的正向I-V曲线；
图3 本发明测试的反向I-V曲线；
图4 初始正向电流5 A时，不同反向电压下本发明测试的反向恢复曲线；
图5 反向电压380 V时，不同初始正向电流下本发明测试的反向恢复曲；
图1中，1—N-型4H-SiC基片；2—纳米硅(nc-Si)超薄膜；3—P型梯度掺杂纳米碳化硅(nc-SiC)多层薄膜；4—N型梯度掺杂纳米碳化硅(nc-SiC)多层薄膜；5—AuTi合金薄膜欧姆电极；6—AuNi合金薄膜欧姆电极；
图4中，tRR—反向恢复时间，IRRM—反向恢复电流的峰值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作具体的描述，只用于对本发明展开进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整。
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式1，选用厚度约50±2 μm、平均载流子浓度范围1.0×1014—9.0×1014 cm-3、双面磨光N-型4H-SiC基片为衬底，表面为Si原子面，偏离(0001)面8°，表面微管密度低于30μP·cm-2。当然本发明c-SiC基片的载流子浓度还可以低于1.0×1014 cm-3，厚度可以稍薄或更厚。
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式2，与实施方式1不同的是所述nc-Si薄膜。在4H-SiC基片左侧沉积的一层厚度为数纳米的nc-Si薄膜，其作用是既能与衬底4H-SiC的Si原子面外延连接，也可以与后续的P型nc-SiC薄膜平滑紧密结合。
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式3，与实施方式1、2不同的是所述P型nc-SiC多层薄膜。在4H-SiC基片左侧nc-Si超薄膜上沉积的8——10层、每层厚度为0.05—0.08 μm且掺硼递增的P型nc-SiC多层薄膜(注：首层可以不掺杂，即本征)，nc-SiC晶粒为4H-SiC型，该多层膜的载流子浓度从0递增至1.0×1019 cm-3。所述nc-SiC薄膜和4H-SiC构成P+P/N-单边缓变异质结构。
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式4，与实施方式1——3不同的是所述nc-Si薄膜。在4H-SiC基片右侧沉积的一层厚度为数纳米的nc-Si薄膜，其作用是既能与衬底4H-SiC的Si原子面外延连接，也可以与后续的N型nc-SiC薄膜平滑紧密结合。
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式5，与实施方式1——4不同的是所述N型nc-SiC多层薄膜。在4H-SiC基片右侧nc-Si超薄膜上沉积的10——15层、每层厚度为0.5——1.0 μm且掺磷递增的N型nc-SiC多层薄膜(注：首层可以不掺杂，即本征)，nc-SiC晶粒为4H-SiC型，该多层膜的载流子浓度从0递增至1.0×1019 cm-3。所述nc-SiC薄膜和4H-SiC构成N-/NN+单边缓变异质结构。
如图1，所述实施方式1、2、3、4、5形成P+P/N-/NN+双缓变异质结构。
本发明的制备方法的实施方式2：选用约50±2 μm厚、平均载流子浓度1.0×1014——9.0×1014 cm-3、双面磨光N-型4H-SiC基片为衬底，在其左侧沉积的一层厚度为数纳米(nm)的nc-Si薄膜。首先，在室温下用稀释HF刻蚀掉4H-SiC基片表面的SiO2层；其次，以SiH4为反应源气和H2为稀释气，用PECVD技术在4H-SiC基片的左面淀积数nm厚的本征nc-Si超薄膜。该nc-Si膜是在高真空PECVD反应室内按以下工艺参数制备的：
PECVD反应室极限真空：1.0×10-4 Pa
混合反应源气掺杂比：SiH4/H2=0.5—2.0 vol%（体积百分比）
薄膜生长时选用射频源RF频率：f=13.59 MHz
薄膜生长RF射频功率密度：0.3—0.8 W·cm-2
薄膜生长衬底温度：Ts=623±50 K
薄膜生长负直流偏压：Vb=-150 V
薄膜生长时反应气体压力：P=0.7—1.0 Torr (乇，mmHg)
本发明的制备方法的实施方式3：以CH4、SiH4混合为反应源气及B2H6为掺杂气，用PECVD技术在4H-SiC基片左侧的nc-Si超薄膜面上淀积首层本征、然后掺硼递增的nc-SiC多层薄膜，该nc-SiC多层膜的结构为4H-SiC型，每层厚0.5——0.8 μm，共8——10层，载流子浓度逐层从0递增至1.0×1019 cm-3，载流子浓度梯度可以高一些。该掺硼递增的nc-SiC多层薄膜是在高真空PECVD反应室内按以下工艺参数制备的：
PECVD反应室极限真空：1.0×10-4 Pa
混合反应源气掺杂比：B2H6/(CH4+SiH4)=0.0—5.0 vol%（体积百分比）
薄膜生长时选用射频源RF频率：f=13.59 MHz
薄膜生长RF射频功率密度：0.3—0.8 W·cm-2
薄膜生长衬底温度：Ts=623±50 K
薄膜生长负直流偏压：Vb=-50—250 V
薄膜生长时反应气体压力：P=0.7—1.0 Torr (乇，mmHg)
本发明的制备方法的实施方式4：在4H-SiC基片的右侧（左侧已沉积nc-Si、本征及梯度掺硼nc-SiC多层膜），用稀释HF刻蚀掉其右表面的SiO2层；再以SiH4为反应源气和H2为稀释气，用PECVD技术在c-SiC基片的右面淀积本征数nm厚的本征nc-Si超薄膜。该右侧nc-Si膜的PECVD工艺参数与制备左侧nc-Si膜的技术参数（本发明之制备方法的实施方式2）相同，此处不再赘述。
本发明的制备方法的实施方式5：以CH4、SiH4混合为反应源气及PH3为掺杂气，用PECVD技术在4H-SiC基片的右面的nc-Si膜上淀积首层本征、然后掺磷递增的nc-SiC多层薄膜，该nc-SiC多层膜的结构为4H-SiC型，每层厚0.8——1.0 μm，共10——15层，载流子浓度逐层从0递增至1.0×1019 cm-3，载流子浓度梯度可以低一些。该掺磷递增的nc-SiC多层薄膜是在高真空PECVD反应室内按以下工艺参数制备的：
PECVD反应室极限真空：1.0×10-4 Pa
混合反应源气掺杂比：PH3/(CH4+SiH4)=0.0——5.0 vol%（体积百分比）
薄膜生长时选用射频源RF频率：f=13.59 MHz
薄膜生长RF射频功率密度：0.3——0.8 W·cm-2
薄膜生长衬底温度：Ts=623±50 K
薄膜生长负直流偏压：Vb=-50—— -250 V
薄膜生长时反应气体压力：P=0.7——1.0 Torr (乇，mmHg)
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式6，P型nc-SiC薄膜左侧设有AuTi合金薄膜欧姆电极，是用电子束蒸发技术在此薄膜外侧蒸镀上的，其制备工艺参数是：
电子束蒸发室极限真空：1.0×10-4 Pa
灯丝直流电流：I=10 A
衬底温度：Ts=523 K
电极薄膜的厚度：0.5——1.0 μm
如图1，所述的本发明产品的具体实施方式7，N型nc-SiC薄膜右侧设有AuNi合金薄膜欧姆电极，是用电子束蒸发技术在该薄膜外侧蒸镀上的，其制备工艺参数与具体实施方式6的相同。
如图1，所述实施方式1——7形成AuTi/P/N-/N/AuNi双缓变结二极管。
为了方便分析其电学性能，上述研制完成的结构被切成1mm×1mm的测试样品。
本发明之制备方法的实施方式3，与实施方式2、4不同的是：制备P型nc-SiC薄膜时，在PECVD反应室内的混合反应源气掺杂比范围：B2H6/(CH4+SiH4)=0.0——5.0 vol%(体积百分比）。
本发明之制备方法的实施方式5，与实施方式1——4不同的是：制备N型nc-SiC薄膜时，在PECVD反应室内的混合反应源气掺杂比范围：PH3/(CH4+SiH4)=0.0——5.0 vol%(体积百分比）。
Claims (7)
1.一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管，其特征在于：包括N-型c-SiC基片、分别沉积于N-型c-SiC基片两侧的两片纳米硅nc-Si超薄膜、分别设置于两片nc-Si超薄膜外侧的P型掺杂递增纳米碳化硅多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，以及分别设置于P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜外侧的二个合金欧姆电极；该P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的掺杂递增方向为靠近N-型c-SiC基片的最内层向最外层递增；
所述合金欧姆电极、P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜、nc-Si超薄膜、N-型c-SiC基片、nc-Si超薄膜、N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜和欧姆电极形成电极/(P+P)nc-SiC多层膜/(N-)c-SiC/(NN+) nc-SiC多层膜/电极型双缓变结快速恢复二极管，
所述的N-型c-SiC基片与两侧nc-Si超薄膜的接触面为Si原子面，偏离(0001)面8°，表面微管密度低于30μP·cm-2。
2.根据权利要求1所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管，其特征在于：所述P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜为硼掺杂，该P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的最内层到最外层的载流子浓度由0递增至1.0×1019 cm-3，且从第二层开始，相邻两层的载流子浓度差为2.0×1016 cm-3—5.0×1018 cm-3；所述N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜为磷掺杂，该N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜的最内层到最外层的载流子浓度由0递增至1.0×1019 cm-3，且从第二层开始，相邻两层的载流子浓度差为2.0×1016 cm-3—5.0×1018 cm-3。
3.根据权利要求2所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管，其特征在于：所述P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，共8—10层、每层厚度为0.05—0.08 μm；所述N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，共10—15层、每层厚度为0.5—1.0 μm。
4.根据权利要求3所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管，其特征在于：所述两个合金欧姆电极分别为：欧姆连接于P型掺杂递增nc-SiC多层薄膜最外层外侧的AuTi合金薄膜、以及欧姆连接于N型掺杂递增nc-SiC薄膜最外层外侧的AuNi合金薄膜。
5.一种如权利要求1所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、选择厚度50±2 μm、载流子浓度为1.0×1014—9.0×1014 cm-3、双面抛光的N-型c-SiC为衬底；
（2）、在室温下，用刻蚀液刻蚀掉N-型c-SiC二表面的SiO2；
（3）、采用等离子体化学气相沉积PECVD法，以硅烷和甲烷为混合反应源气，分别以乙硼烷、磷烷为掺杂气，在PECVD反应室内在N-型c-SiC衬底两侧，首先生长nc-Si超薄层，然后再分别沉积P、N型掺杂递增nc-SiC多层薄膜，其工艺参数是：
PECVD反应室极限真空度：不低于1.0×10-4 Pa；
混合反应源气掺杂比：对P型nc-SiC多层膜而言，B2H6/(CH4+SiH4)=0.0—5.0 vol%；对N型nc-SiC多层膜而言，PH3/(CH4+SiH4)=0.0—5.0 vol%；
薄膜生长时所用射频RF源频率范围： 13.59≤f≤95.13 MHz；
薄膜生长射频RF功率密度：0.3 — 0.8 W/cm2；
薄膜生长衬底温度：Ts=623±50 K；
薄膜生长负直流偏压：Vb=-50 — -250 V；
薄膜生长时反应气体压力：P=0.7 — 1.0 Torr (乇，mmHg)；
（4）、在最外层P、N型nc-SiC多层薄膜的外侧，分别选用AuTi合金与AuNi合金为原料用电子束蒸发技术制成薄膜，AuTi合金/(P+P)nc-SiC多层膜、AuNi合金/(NN+)nc-SiC多层膜分别形成欧姆连接，其工艺参数是：
电子束蒸发室极限真空度：不低于1.0×10-4 Pa；
灯丝直流电流：I=5-10 A；
衬底温度：Ts=523±50 K；
电极薄膜的厚度：0.5—1.0 μm；
（5）、最终形成AuTi电极/(P+P)nc-SiC多层膜/(N-)c-SiC/(NN+)nc-SiC多层膜/AuNi电极双缓变结快速恢复二极管。
6.根据权利要求5所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述的N-型c-SiC衬底的结构为N-型4H-SiC。
7.根据权利要求5所述的一种纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管的制备方法，其特征在于：所述的沉积P型、N型掺杂nc-SiC薄膜的结构为4H-SiC型。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210329426.2A CN102820323B (zh) | 2012-09-07 | 2012-09-07 | 纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201210329426.2A CN102820323B (zh) | 2012-09-07 | 2012-09-07 | 纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102820323A CN102820323A (zh) | 2012-12-12 |
| CN102820323B true CN102820323B (zh) | 2014-11-05 |
Family
ID=47304324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201210329426.2A Active CN102820323B (zh) | 2012-09-07 | 2012-09-07 | 纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102820323B (zh) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104131265A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-11-05 | 西安电子科技大学 | 一种控制掺杂源流量n型低掺杂碳化硅薄膜外延制备方法 |
| CN104233465A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-24 | 西安电子科技大学 | 一种控制生长压强n型重掺杂碳化硅薄膜外延制备方法 |
| CN104233461A (zh) * | 2014-07-22 | 2014-12-24 | 西安电子科技大学 | 一种控制氢气流量n型重掺杂碳化硅薄膜外延制备方法 |
| CN104201211B (zh) * | 2014-08-27 | 2016-03-30 | 温州大学 | 制备SiC超快恢复二极管及工艺 |
| CN104701385B (zh) * | 2015-01-19 | 2016-03-30 | 温州大学 | 纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管 |
| CN114649425B (zh) * | 2022-05-20 | 2022-08-26 | 正泰新能科技有限公司 | 一种TopCon晶硅太阳能电池及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6737731B1 (en) * | 2000-06-26 | 2004-05-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Soft recovery power diode |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011024214A1 (ja) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | パナソニック株式会社 | 高速回復ダイオード |
-
2012
- 2012-09-07 CN CN201210329426.2A patent/CN102820323B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6737731B1 (en) * | 2000-06-26 | 2004-05-18 | Fairchild Semiconductor Corporation | Soft recovery power diode |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| (p)nc-Si:H/(n)c-Si异质结变容二极管;韦文生等;《半导体学报》;20050430;第26卷(第4期);第745-750页 * |
| Keiko Fujihira et al..Low-Loss，High-Voltage 6H-SiC Epitaxial p-i-n Diode.《IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES》.2002,第49卷(第1期),文章第5-7段以及附图1. * |
| 韦文生等.(p)nc-Si:H/(n)c-Si异质结变容二极管.《半导体学报》.2005,第26卷(第4期),文章第2-3段，表1以及附图1. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102820323A (zh) | 2012-12-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102820323B (zh) | 纳米碳化硅/晶体碳化硅双缓变结快速恢复二极管及其制备方法 | |
| CN104201211B (zh) | 制备SiC超快恢复二极管及工艺 | |
| CN103579375B (zh) | 一种SiC肖特基二极管及其制作方法 | |
| CN102664197B (zh) | Jfet及其制造方法以及使用该jfet的微型逆变器 | |
| CN105280723A (zh) | 4H-SiC浮结结势垒肖特基二极管及其制备方法 | |
| CN107425068B (zh) | 一种碳化硅Trench MOS器件及其制作方法 | |
| CN109545842A (zh) | 碳化硅器件终端结构及其制作方法 | |
| CN105720110A (zh) | 一种SiC环状浮点型P+结构结势垒肖特基二极管及制备方法 | |
| CN104810282A (zh) | 一种采用n型碳化硅衬底制作n沟道igbt器件的方法 | |
| CN109166916A (zh) | 一种绝缘栅双极型晶体管及其制备方法 | |
| CN104882366A (zh) | 一种n型纳米金刚石薄膜/p型单晶硅的异质pn结原型器件及其制备方法 | |
| CN107305909A (zh) | 一种逆导型igbt背面结构及其制备方法 | |
| CN104701385B (zh) | 纳米晶嵌入单晶外延碳化硅的高稳定低损耗微波二极管 | |
| CN110190128A (zh) | 一种碳化硅双侧深l形基区结构的mosfet器件及其制备方法 | |
| CN103928321B (zh) | 碳化硅绝缘栅双极型晶体管的制备方法 | |
| CN109390389A (zh) | 具有双侧调整区的高压快速软恢复二极管及其制备方法 | |
| CN103872101A (zh) | 一种绝缘栅场效应晶体管及其制作方法 | |
| CN110416295B (zh) | 一种沟槽型绝缘栅双极晶体管及其制备方法 | |
| CN111755531A (zh) | 超结碳化硅肖特基二极管 | |
| CN111739945A (zh) | 一种金刚石倾斜台面异质结二极管及其制备方法 | |
| CN109346509A (zh) | 一种电荷存储型绝缘栅双极型晶体管及其制备方法 | |
| CN102738311A (zh) | 一种InGaN/Si双结太阳能电池的制备方法 | |
| CN103367480B (zh) | GaAs隧道结及其制备方法 | |
| CN108695396A (zh) | 一种二极管及其制作方法 | |
| CN202662614U (zh) | Jfet及使用该jfet的微型逆变器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180108 Address after: 518000 Guangdong Province, Shenzhen New District of Longhua City, Dalang street, Longsheng Gold Dragon Road community e-commerce incubator exhibition Tao Commercial Plaza E block 706 Patentee after: Shenzhen step Technology Transfer Center Co., Ltd. Address before: Dasan Ouhai District 325000 Zhejiang province Wenzhou Higher Education Park Patentee before: Wenzhou University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180710 Address after: 330052 2, 266 Hui Ren Avenue, Nanchang County Xiaolan Economic Development Zone, Nanchang, Jiangxi. Patentee after: Supportan Semiconductor Co. Ltd. Address before: 518000 Guangdong Shenzhen Longhua New District big wave street Longsheng community Tenglong road gold rush e-commerce incubation base exhibition hall E commercial block 706 Patentee before: Shenzhen step Technology Transfer Center Co., Ltd. |
|
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 330052 No. 266 Huiren Avenue, Xiaolan Economic Development Zone, Nanchang County, Jiangxi Province Patentee after: Ruineng Semiconductor Technology Co., Ltd. Address before: 330052 No. 266 Huiren Avenue, Xiaolan Economic Development Zone, Nanchang County, Jiangxi Province Patentee before: Supportan Semiconductor Co. Ltd. |