CN113193052A - 一种大导通电流的碳化硅二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明系提供一种大导通电流的碳化硅二极管，包括竖立设置的肖特基金属板，肖特基金属板的相对两侧均连接有一个阴极模块板，肖特基金属板和两个阴极模块板外包围有陶瓷保护套；肖特基金属板中设有竖立的高导电芯层，高导电芯层的顶部连接有水平的阳极金属层；阴极模块板包括依次层叠于肖特基金属板侧面的N型外延层、N型衬底和欧姆接触层，欧姆接触层的顶部连接有水平的阴极金属层；阳极金属层与阴极金属层之间设有绝缘防护层，绝缘防护层上设有防溢层，防溢层位于阳极金属层和阴极金属层所在平面的上方。本发明能够实现导通电流的倍增效果，整体结构简洁，加工精度要求较低，高导电芯层能够提高碳化硅二极管的响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及二极管，具体公开了一种大导通电流的碳化硅二极管。
背景技术
碳化硅二极管是指利用碳化硅作为衬底的二极管结构，相较于传统的硅材料具有工作频率更快、工作损耗更小、工作温度更高的特点，碳化硅二极管一般指碳化硅肖特基二极管，是采用碳化硅作为衬底，并利用金属和N型半导体之间形成肖特基势垒的半导体器件。
现有技术中，单片碳化硅二极管的导通电流有限，通常单芯片的工作电流在100A以下，无法满足高压高电流的电路应用环境，现有技术的碳化硅二极管应用的受限性大，部分碳化硅二极管通过设置多个凹陷槽来增大肖特基势垒的面积，从而提高其导通电流，但这种结构的加工精度要求高，加工成本高。
发明内容
基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种大导通电流的碳化硅二极管，能够有效提高导通电流，整体结构简洁，加工精度要求较低。
为解决现有技术问题，本发明公开一种大导通电流的碳化硅二极管，包括竖立设置的肖特基金属板，肖特基金属板的相对两侧均连接有一个阴极模块板，肖特基金属板和两个阴极模块板外包围有陶瓷保护套；
肖特基金属板中设有竖立的高导电芯层，高导电芯层的顶部连接有水平的阳极金属层，阳极金属层覆盖在肖特基金属板的顶端面上；
阴极模块板包括依次层叠于肖特基金属板侧面的N型外延层、N型衬底和欧姆接触层，欧姆接触层的顶部连接有水平的阴极金属层，阴极金属层覆盖于N型衬底的顶面；
阳极金属层与阴极金属层之间设有绝缘防护层，绝缘防护层上设有防溢层，防溢层位于阳极金属层和阴极金属层所在平面的上方。
进一步的，肖特基金属板的厚度为D，高导电芯层的厚度为d，D≥3d。
进一步的，肖特基金属板为氮化钛板或钛铝合金板。
进一步的，高导电芯层为石墨烯层。
进一步的，阳极金属层为金属铜层或金属钨层，阴极金属层为金属铜层或金属钨层。
进一步的，N型衬底为N+型碳化硅单晶片，N型外延层为N-型碳化硅单晶片。
进一步的，欧姆接触层为金属镍层或金属镉层。
进一步的，N型外延层的上下两端内均设有P型注入层，P型注入层的端面与肖特基金属板的侧面连接。
进一步的，肖特基金属板和两个阴极模块板的底部设有钝化层。
本发明的有益效果为：本发明公开一种大导通电流的碳化硅二极管，在一个肖特基金属板的两侧形成有两个肖特基势垒，能够令单个的碳化硅二极管实现导通电流的倍增效果，可应用于高压高电流的电路环境，整体结构简洁，加工精度要求较低，制作成本低，高导电芯层能够将电流快速地传递到与之平行的肖特基金属板的各处，可有效提高碳化硅二极管的响应速度，肖特基金属层和阴极模块板与陶瓷保护套的至少两侧面平行，大面积接触的效果能够显著提高整体结构的散热性能，即使在大电流的环境中工作也不会积热过多。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明沿图1中A-A’的剖面结构示意图。
附图标记：肖特基金属板10、高导电芯层11、阳极金属层12、阴极模块板20、N型外延层21、N型衬底22、欧姆接触层23、阴极金属层24、P型注入层25、陶瓷保护套30、绝缘防护层40、防溢层41、钝化层42。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
参考图1、图2。
本发明实施例公开一种大导通电流的碳化硅二极管，包括竖立设置的肖特基金属板10，肖特基金属板10的相对两侧均连接有一个阴极模块板20，阴极模块板20与肖特基金属板10平行，肖特基金属板10和两个阴极模块板20外包围有方框状的陶瓷保护套30，陶瓷具有良好的散热性能以及绝缘性能，以竖立摆放向两侧层叠方式能够组成方形结构，配合方框状的陶瓷保护套30能够方便加工时机械手、治具等装置进行定位，肖特基金属板10和阴极模块板20的大面积板面均正对陶瓷保护套30的其中两个侧板，能够有效提高整体结构的导热释放效率；
肖特基金属板10中设有竖立的高导电芯层11，高导电芯层11的顶部连接有水平的阳极金属层12，阳极金属层12覆盖在肖特基金属板10的顶端面上，即阳极金属层12可通过高导电芯层11与肖特基金属板10实现导通，还可以直接与肖特基金属板10实现导通，能够有效确保对肖特基金属板10的电导通效果；
阴极模块板20包括依次层叠于肖特基金属板10侧面的N型外延层21、N型衬底22和欧姆接触层23，即阴极模块板20包括覆盖于肖特基金属板10侧面的N型外延层21，N型金属层远离肖特基金属板10的一侧依次层叠有N型衬底22和欧姆接触层23，N型外延层21、N型衬底22和欧姆接触层23均与肖特基金属板10平行，欧姆接触层23的顶部连接有水平的阴极金属层24，阴极金属层24覆盖于N型衬底22的顶面，能够有效确保阴极金属层24具备足够大的面积与引线实现连接，阴极金属层24与N型衬底22的顶面接触，能够有效提高对N型衬底22的电压施加的效率；
阳极金属层12与阴极金属层24之间设有水平的绝缘防护层40，优选地，绝缘防护层40为二氧化硅层，绝缘防护层40上设有防溢层41，优选地，防溢层41为聚酰亚胺层，防溢层41位于阳极金属层12和阴极金属层24所在平面的上方，优选地，防溢层41的两端分别覆盖在部分阳极金属层12上和部分阴极金属层24上，凸起于阳极金属层12和阴极金属层24的防溢层41能够有效隔开阳极金属层12与阴极金属层24上方的空间。
肖特基金属板10的相对两侧能够形成两组肖特基势垒，从中间进入的电流能够经过两个肖特基势垒向两侧传导，从而令单个的碳化硅二极管能够实现导通电流的倍增效果，可有效提高整体结构的大电流工作性能，可有效应用于高压高电流的电路环境；陶瓷保护套30能够有效避免碳化硅二极管与外界结构发生短路，且肖特基金属板10以及阴极模块板20中的各层均能够与陶瓷保护套30的至少两侧平行，大面积接触的方式配合陶瓷保护套30本身的特性可显著提高整体结构的散热性能；水平设置的阳极金属层12方便外接引线，竖立设置的高导电芯层11能够将电流快速传递到同样为竖立设置的肖特基金属板10各处，可有效驱动肖特基金属板10中的载流子实现高效的水平运动，从而显著提高碳化硅二极管的响应速度；水平的阴极金属层24同样能够方便外接引线，凸起的防溢层41能够有效隔开阳极金属层12与阴极金属层24上方的空间，能够避免外接引线时发生短路；整体结构简洁，无需进行高精度的复杂加工，加工精度要求低，制作成本低。
在本实施例中，肖特基金属板10的厚度为D，高导电芯层11的厚度为d，D≥3d，肖特基金属板10设置有足够大的厚度，能够有效确保其两侧形成肖特基势垒的性能优良，能够通过足够大的电流。
在本实施例中，肖特基金属板10为氮化钛板或钛铝合金板，肖特基金属板10还可以是金属钛板、金属铂板或金属金板。
在本实施例中，高导电芯层11为石墨烯层，石墨烯的电阻率极小，具有超强的电导性能，通过石墨烯层来传递阳极金属层12和肖特基势垒金属层之间的电流，不仅能够进一步提高导通电流，还能够加快响应速度，高导电芯层11还可以是金属银层。
在本实施例中，阳极金属层12为金属铜层或金属钨层，阴极金属层24为金属铜层或金属钨层。
在本实施例中，N型衬底22为N+型碳化硅单晶片，N型外延层21为N-型碳化硅单晶片，N+型的掺杂浓度大于N-型的掺杂浓度。
在本实施例中，欧姆接触层23为金属镍层或金属镉层。
在本实施例中，N型外延层21的上下两端内均生长设有一P型注入层25，优选地，P型注入层25为P+型碳化硅单晶片，P型注入层25的一侧端面与肖特基金属板10的侧面连接，顶部的P型注入层25位于绝缘防护层40下方，施加正向电压时，阳极金属层12通过肖特基金属板10能够促使P型注入层25向N型外延层21注入更多的空穴，从而产生电导调制效应，能够有效降低N型外延层21形成的电阻，即降低正向导通的压降，可增大所形成肖特基势垒的面积，从而获得更大的导通电流。
在本实施例中，肖特基金属板10和两个阴极模块板20的底部设有钝化层42，优选地，钝化层42为二氧化硅层，通过钝化层42能够有效降低碳化硅二极管安装使用的限制，即使本碳化硅二极管直接安装在导电引脚上也不会影响其性能。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，包括竖立设置的肖特基金属板(10)，所述肖特基金属板(10)的相对两侧均连接有一个阴极模块板(20)，所述肖特基金属板(10)和两个所述阴极模块板(20)外包围有陶瓷保护套(30)；
所述肖特基金属板(10)中设有竖立的高导电芯层(11)，所述高导电芯层(11)的顶部连接有水平的阳极金属层(12)，所述阳极金属层(12)覆盖在所述肖特基金属板(10)的顶端面上；
所述阴极模块板(20)包括依次层叠于肖特基金属板(10)侧面的N型外延层(21)、N型衬底(22)和欧姆接触层(23)，所述欧姆接触层(23)的顶部连接有水平的阴极金属层(24)，所述阴极金属层(24)覆盖于所述N型衬底(22)的顶面；
所述阳极金属层(12)与所述阴极金属层(24)之间设有绝缘防护层(40)，所述绝缘防护层(40)上设有防溢层(41)，所述防溢层(41)位于所述阳极金属层(12)和所述阴极金属层(24)所在平面的上方。
2.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述肖特基金属板(10)的厚度为D，所述高导电芯层(11)的厚度为d，D≥3d。
3.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述肖特基金属板(10)为氮化钛板或钛铝合金板。
4.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述高导电芯层(11)为石墨烯层。
5.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述阳极金属层(12)为金属铜层或金属钨层，所述阴极金属层(24)为金属铜层或金属钨层。
6.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述N型衬底(22)为N+型碳化硅单晶片，所述N型外延层(21)为N-型碳化硅单晶片。
7.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述欧姆接触层(23)为金属镍层或金属镉层。
8.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述N型外延层(21)的上下两端内均设有P型注入层(25)，所述P型注入层(25)的端面与所述肖特基金属板(10)的侧面连接。
9.根据权利要求1所述的一种大导通电流的碳化硅二极管，其特征在于，所述肖特基金属板(10)和两个所述阴极模块板(20)的底部设有钝化层(42)。
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