CN113809166B - 一种具有n+调整区的双模式GCT及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有n+调整区的双模式GCT，其特征在于：整个器件表面所有GCT单元和PIN二极管单元呈指条状按同心环排列均匀地分布在芯片上表面，并且GCT单元和PIN二极管单元按3﹕1的比例交叉分布，所述PIN二极管单元的p阳极区上表面中间位置设置有一个条形或多个圆形的n+调整区，p阳极区与两侧相邻GCT单元的p基区之间均采用pnp隔离区实现有效隔离。本发明还公开了上述具有n+调整区的双模式GCT的制备方法。本发明的BGCT不仅省去了对PIN二极管进行横向局部载流子寿命控制工艺，降低了工艺难度和成本，而且可以有效改善PIN二极管恢复速度和软度，抑制动态雪崩的发生，确保器件换向的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力半导体器件技术领域，涉及一种具有n+调整区的双模式GCT，本发明还涉及该种具有n+调整区的双模式GCT的制备方法。
背景技术
逆导型门极换流晶闸管(RC-GCT)是一种新型电力半导体器件，是将GCT与续流用的PIN二极管反并联集成在一个硅片上，以减小器件体积，改善系统可靠性，在大功率领域有广泛的应用前景。为了使RC-GCT获得较低的开关功耗和换向可靠性，需减小PIN二极管的反向恢复峰值电流和反向恢复时间，并增加其软度。在传统RC-GCT结构中，由于GCT单元分布比较集中，无论PIN二极管设置在RC-GCT的中央或者外围，通过掩模很容易实现横向局部载流子寿命控制，以获得快速的反向恢复特性；但在导通期间，因GCT单元和PIN二极管单元相对集中会导致的电流局部集中。
为了改善RC-GCT电流分布的均匀性，目前已开发了一种双模式GCT，将PIN二极管单元也做成指条状，穿插在GCT单元之间，且通常每3个GCT单元之间，插入一个PIN二极管单元。但在双模式GCT中，若要对其中的PIN二极管进行横向局部载流子寿命控制，不仅掩模制作难度大，而且由于辐照区的深阱效应，在工艺上很难实现准确控制，同时PIN二极管局部寿命减小又会使其阻断漏电流和通态压降均增大，导致静态功耗增加。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有n+调整区的双模式GCT，解决了现有技术在工艺上很难实现准确控制，同时静态功耗增大的问题。
本发明的另一个目的是提供一种具有n+调整区的双模式GCT的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种具有n+调整区的双模式GCT，整个器件表面所有GCT单元和PIN二极管单元呈指条状按同心环排列均匀地分布在芯片上表面，并且GCT单元和PIN二极管单元按3﹕1的比例交叉分布，假设以PIN二极管为中央单元，两侧为GCT单元，即1个PIN二极管单元，对应3个GCT单元；
所述的GCT单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和p+透明阳极区；n-区向上依次设置有p基区和p+基区；在p+基区上表面局部设置有GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极K；该n+阴极区两侧相邻的p+基区上表面均设置有门极G；
所述的PIN二极管单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和n+阴极区，n+阴极区两侧与GCT单元的p+透明阳极区相接并且在下表面设有共同的阳极A；n-区向上设置有p阳极区，在p阳极区上表面中间位置设置有n+调整区，p阳极区和n+调整区上表面设置有共同的阴极K；p阳极区与两侧相邻GCT单元的p基区之间均采用pnp隔离区。
本发明所采用的另一技术方案是，一种具有n+调整区的双模式GCT的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；
步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，在n-区的下表面，采用磷离子注入，形成nFS层的掺杂；
步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，同时将nFS层的掺杂进行推进；
步骤4、在上述晶片表面，通过光刻形成铝离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行铝离子注入；
步骤5、去掉晶片表面的光刻胶，在GCT部分重新光刻形成硼离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行硼离子注入；
步骤6、去掉表面的光刻胶和氧化层，重新生长二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，然后推进，同时形成GCT的p基区和p+基区，以及PIN二极管p阳极区的掺杂；并在GCT的p基区与PIN二极管的p阳极区之间自然形成pnp隔离区；
步骤7、去掉晶片上表面的二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，重新生长二氧化硅掩蔽膜，通过光刻形成磷扩散的掺杂窗口；
步骤8、在上步得到的晶片上表面，采用POCl3源进行选择性的磷两步扩散，在GCT的p+基区上表面形成n+阴极区，同时在PIN二极管的p阳极区表面形成n+调整区；
步骤9、在上步得到的晶片上表面生长氧化层，光刻形成门极区和pnp隔离区上表面的腐蚀窗口，然后利用腐蚀工艺进行门极区和隔离区挖槽，形成门-阴极台面结构；
步骤10、去掉晶片表面的氧化层，重新生长氧化层，下表面光刻，形成PIN二极管n+阴极区的磷注入窗口，然后进行磷离子注入，退火兼推进，形成PIN二极管的n+阴极区；
步骤11、去掉下表面的氧化层，然后进行硼离子注入，退火兼推进，形成GCT的p+透明阳极区；
步骤12、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，通过光刻，去掉下表面的二氧化硅层，上表面形成GCT门-阴极界和pnp隔离区的保护二氧化硅图形；
步骤13、对整个晶片上、下表面分别蒸铝，然后通过反刻铝，去掉门极处的铝层；然后重新蒸铝，并进行二次反刻铝，增加了门-阴极台面高度，合金化后形成门极、阴极的金属化电极；
步骤14、对上步得到的晶片下表面，依次溅射钛、镍、银三层金属化电极，合金化后形成阳极多层金属化电极；
步骤15、在上步得到的晶片上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门-阴极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化；
步骤16、在上步得到的晶片整个上表面进行电子辐照，实现BGCT中载流子寿命的均匀控制，然后退火，特性测试，即成。
本发明的有益效果是，n+调整区的引入，不仅有利于降低PIN二极管导通时的阳极空穴注入效率，抑制反向恢复期间pn结的峰值电场，有效改善PIN二极管的反向恢复速度和软度，并提高其抗动态雪崩的能力，而且对GCT的特性不会产生明显的影响，确保BGCT换向的可靠性；同时，省去了对PIN二极管单元进行横向局部载流子寿命控制的工艺，降低了工艺难度和成本。
附图说明
图1a是现有的BGCT基本剖面结构示意图；图1b是现有的BGCT门极单元和阴极单元布局示意图；
图2a是本发明BGCT器件基本剖面结构示意图；图2b是本发明单个条形n+调整区的BGCT门极和阴极单元布局示意图；图2c是本发明多个圆形n+调整区的BGCT门极和阴极单元布局示意图；
图3是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT的正向阻断特性曲线比较；
图4是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在正向工作时GCT的通态特性曲线；
图5是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在正向工作时GCT的开通特性曲线；
图6是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在正向工作时GCT的关断特性曲线；
图7是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在反向工作时PIN二极管的正向导通特性曲线；
图8本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在反向工作时PIN二极管导通期间阳极空穴注入效率；
图9是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT在正向工作时PIN二极管的反向恢复特性曲线；
图10a是现有BGCT-1(τn＝10μs，τp＝3μs)器件正向工作时PIN反向恢复期间体内的峰值电场分布；图10b是现有BGCT-2(τn＝5μs，τp＝1.7μs)器件正向工作时PIN二极管反向恢复期间体内的峰值电场分布；图10c是本发明BGCT(τn＝10μs，τp＝3μs)器件在正向工作时PIN二极管反向恢复期间内部的峰值电场；
图11是本发明BGCT器件的n+调整区宽度变化对PIN二极管反向恢复期间阳极电子注入效率的影响；
图12是本发明BGCT器件的n+调整区宽度变化对PIN二极管反向恢复特性的影响。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
图1a是现有的BGCT基本剖面结构示意图；图1b是现有的BGCT门极单元和阴极单元分布示意图。由图1a可见，在BGCT中每一个PIN单元两侧为(1.5个)GCT单元，无论BGCT正向工作时GCT导通，还是反向工作时PIN二极管导通，两者都会有效利用对方区域来传导电流，从而解决了常规RC-GCT中因GCT单元和PIN单元相对集中所导致的电流局部集中问题。此外，GCT单元与PIN单元之间采用了pnp隔离区，无论G、K间电压为正或为负，pnp隔离区中总有一个pn结反偏，所以，采用pnp隔离区的漏电流很小，隔离效果很好。由图1b可见，将PIN单元也做成较粗的指条状，穿插在较细的指条状GCT单元之间，且通常每3个GCT单元之间，插入一个PIN单元，即GCT单元数与PIN单元之比为3﹕1，在图1b中局部可以看出每三个GCT单元(细指条)及1个PIN单元(粗指条)的布局结构。
为了保证现有BGCT具有良好的换向特性，不仅需要对BGCT进行均匀寿命控制，以保证GCT单元和PIN单元的一致性，而且需要采用特殊的掩模，对PIN单元进行横向局部载流子寿命控制，以保证PIN单元的反向恢复速度和软度，这样不仅增加工艺难度和成本，而且因载流子寿命减小会导致阻断时的漏电流增加。
图2a是本发明BGCT器件基本剖面结构示意图；图2b是本发明单个条形n+调整区的BGCT门极和阴极单元布局示意图；图2c是本发明多个圆形n+调整区的BGCT门极和阴极单元布局示意图。本发明BGCT器件结构与现有技术的BGCT结构不同在于，去掉了PIN单元的p+阳极区，并在p阳极区内增加一个或多个n+调整区(如图2a所示)，且一个n+调整区沿条长方向按条形分布(如图2b所示)，或者多个n+调整区沿条长方向按圆形分布(如图2c所示)。在图2b中局部可以看出每三个GCT单元(细指条)、1个PIN二极管单元(粗指条，且其中加了n+调整区)的布局结构。
本发明的具体结构是，整个器件表面所有GCT单元和PIN二极管单元呈指条状按同心环排列均匀地分布在芯片上表面，并且GCT单元和PIN二极管单元按3﹕1的比例交叉分布，假设以PIN二极管单元为居中，两侧为GCT单元，即1个PIN二极管单元，对应3个GCT单元；
GCT单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和p+透明阳极区；n-区向上依次设置有p基区和p+基区；在p+基区上表面局部设置有GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极K(铝电极)；该n+阴极区两侧相邻的p+基区上表面均设置有门极G(铝电极)；
PIN二极管单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和n+阴极区，n+阴极区两侧与GCT单元的p+透明阳极区相接并且在下表面设有共同的阳极A；n-区向上设置有p阳极区，在p阳极区上表面中间位置设置有n+调整区，p阳极区和n+调整区上表面设置有共同的阴极K；p阳极区与两侧相邻GCT单元的p基区之间均采用pnp隔离区。
n+调整区采用圆形或条形，并且其尺寸从里到外逐渐增大；n+调整区的宽度为40～70μm，n+调整区的面积与PIN二极管单元阳极区的面积比为20％～35％。
本发明BGCT器件的工作原理是：
当BGCT两端加上正向电压(UAK>0)时，J2结反偏来承担正向阻断电压。由于采用了pnp隔离区，在外加电压下，两侧的J2结空间电荷区不断展宽，对漏电流有阻断作用，因此BGCT能够承受较高的阻断电压。
BGCT的开关时采用门极“硬驱动”电路来触发。当BGCT开通时，在GCT的门极上加一很强的正电流脉冲信号，GCT的J3结会均匀注入，使阴极侧npn晶体管先大面积导通，其电流触发阳极侧pnp晶体管导通，然后npn晶体管与pnp晶体管形成正反馈，当两者的电流放大系数之和大于1时，于是GCT单元全面导通，其正向导通电流会向GCT单元两侧的PIN二极管单元内扩展。导通后GCT阳、阴极两端的压降很低，反并联的PIN二极管也因此承受很低的反向电压。所以，BGCT具有很低的正向压降。
当BGCT关断时，在GCT的门极上加一很强的负电流脉冲信号，GCT的J3结会很快截止，于是阳极电流全部换到门极，所以GCT的关断相当于阳极pnp晶体管的关断。虽然GCT采用了透明阳极，但因其两侧存在PIN二极管的n+阴极区(相当于短路透明阳极)，所以n-基区中的电子会通过PIN二极管的n+阴极区快速流出，导致关断速度加快，拖尾电流很小，并且只与少子寿命有关。
当BGCT两端加上反向电压(UAK<0)且其绝对值大于PIN二极管的开启电压(|UAK|>UT0)时，PIN二极管导通，导通电流会向PIN二极管单元两侧的GCT单元内扩展。PIN二极管的压降很低，反并联的GCT也因此而承受很低的反向电压，因此，BGCT具有很低的反向压降。
当BGCT器件两端的电压UAK正、反向转换时，为了防止GCT与PIN二极管单元之间的相互影响，要求GCT有很快的关断速度，PIN二极管有快而软的反向恢复速度，并且不能发生动态雪崩，以保证BGCT可靠的换向。
本发明BGCT器件结构中增加了n+调整区，使得PIN二极管导通期间的阳极空穴注入效率降低，有利于提高PIN二极管的反向恢复速度；在反向恢复期间，由n+调整区、p基区及n-基区形成的寄生n+pn-晶体管导通，增加了反向恢复末期的载流子浓度，从而提高了PIN二极管的软度，同时抑制了pn结处的峰值电场，有利于提高PIN二极管的抗动态雪崩能力，从而保证BGCT换向的可靠性。
为了兼顾本发明BGCT器件的静、动态特性及可靠性，其n+调整区宽度应合理选择。
特性评价
为了评价本发明BGCT器件的特性，根据图1a和图2a建立了结构模型，利用商用软件，对比分析了具有相同结构、两种不同载流子寿命的现有BGCT和本发明具有n+调整区BGCT的各项特性。为了便于对比说明，以下将载流子寿命取τn＝10μs、τp＝3μs的现有BGCT定义为现有BGCT-1；将载流子寿命取τn＝5μs、τp＝1.5μs的现有BGCT定义为现有BGCT-2；本发明BGCT器件的载流子寿命取τn＝10μs、τp＝3μs，具体分析如下：
1)正向阻断特性
当门-阴极电压UGK＝0，阳-阴极间电压UAK>0时，BGCT器件处于正向阻断状态，由反偏的J2结来承担正向阻断电压。图3是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件的正向阻断特性曲线比较。由图3可见，载流子寿命相同时，本发明BGCT器件和现有BGCT-1的阻断电压比较接近；当载流子寿命降低后，现有BGCT-2的阻断电压有所下降，同时漏电流急剧升高。
2)正向导通特性
当阳-阴极电压UAK>0，且门-阴极外加电压大于门极触发电压(即UGK>UGT)时，BGCT器件处于正向导通状态，由GCT传导电流。图4是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在正向工作时GCT的通态特性曲线。由图4可见，载流子寿命相同时，本发明BGCT器件和现有BGCT-1的导通特性完全相同；当载流子寿命降低后，现有BGCT-2的通态特性明显变差，在相同阳极电流密度下，通态压降大幅增加。
3)正向工作时GCT的开通特性
当阳-阴极电压UAK>0，门极施加很强的正电流脉冲时，BGCT器件处于开通状态，正向阳极电流在感阻性负载的限制下开始线性上升，然后趋于稳定，阳极电压逐渐下降。图5是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在正向工作时GCT的开通特性曲线比较。图5可见，载流子寿命相同时，本发明BGCT器件和现有BGCT-1的开通特性完全相同；当载流子寿命降低后，现有BGCT-2的开通态特性稍有延迟。
4)正向工作时GCT的关断特性
当阳-阴极电压UAK>0，门极施加很强的负电流脉冲时，BGCT器件开始关断，阳极电流开始下降，阳极电压开始上升。图6是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在正向工作时GCT的关断特性曲线比较。图6可见，载流子寿命相同时，本发明BGCT器件和现有BGCT-1的关断特性完全相同；当载流子寿命降低后，现有BGCT-2的关断提前，阳极电流快速下降。
上述BGCT的正向特性说明，只要本发明BGCT器件和现有BGCT的寿命相同，其特性就相同。
5)反向工作时PIN二极管的正向导通特性
图7是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在反向工作时PIN二极管的正向导通特性曲线。图7中，本发明BGCT器件的反向导通特性介于两种现有BGCT反向导通特性之间，即在相同的阳极电流密度下，现有BGCT-1的压降最低，本发明BGCT器件次之，现有BGCT-2最高。这是因为PIN二极管导通期间，阳极空穴注入效率不同所致，如图8所示。本发明BGCT器件因增加了n+调整区，导致PIN二极管导通期间阳极空穴注入效率降低，使得其中的非平衡载流子浓度降低，故压降有所增加。
6)正向工作时PIN二极管的反向恢复特性
图9是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在正向工作时PIN二极管的反向恢复特性曲线。图9可见，本发明BGCT器件中PIN二极管的反向恢复特性明显优于两种现有BGCT中PIN二极管的反向恢复特性，不仅峰值电流降低，而且软度增加。
图10是本发明BGCT器件与具有不同载流子寿命的两种现有BGCT器件在正向工作时PIN二极管反向恢复期间体内的峰值电场分布比较。由图10a可见，现有BGCT-1在PIN二极管反向恢复期间，pn-结和nn+结处的峰值电场强度分别为为1.89×105V/cm和2.5×105V/cm；由图10b可见，现有BGCT-2正向工作时PIN二极管反向恢复期间，pn-结和nn+结处的峰值电场强度分别为1.9×105V/cm和2.9×105V/cm；由图10c可见，本发明BGCT器件正向工作时PIN二极管反向恢复期间，pn-结和nn+结处的峰值电场强度分别为1.56×105V/cm和3.3×105V/cm。相比较而言，本发明BGCT器件在PIN二极管的反向恢复初期，pn-结空间电荷区扩展较快，pn-结处的峰值电场强度较低，因此恢复速度较快，且不容易发生动态雪崩；在PIN二极管的反向恢复中期，nn+结处的峰值电场强度较强，有利于电子的抽取；在PIN二极管的反向恢复末期，高的阳-阴极反向电压使得由n+调整区、p基区及n-基区形成的寄生n+pn-晶体管导通，有利于在n-基区形成较多的电子，以维持拖尾电流，从而获得软的反向恢复特性。
图11是本发明BGCT器件的n+调整区宽度变化对PIN二极管反向恢复期间阴极电子注入效率的影响。由图11可见，随n+调整区宽度增加，反向恢复期间电子注入效率就越大，注入量就越多。但是，当n+调整区宽度增加导80μm时，由n+调整区、p阳极区、n-基区形成的寄生n+pn-导通后，注入的电子电流增加，驱动由p+透明阳极区、nFS层、n基区和p基区形成的寄生p+nn-p晶体管也导通，于是BGCT会发生闩锁，使得PIN二极管无法实现正常的恢复，如图12所示，导致BGCT换向失效。
上述特性分析表明，与现有的BGCT相比，本发明BGCT器件无需对PIN二极管进行特殊的寿命控制(τn＝10μs、τp＝3μs)，就可表现出优良的特性和可靠性。因此，用本发明BGCT器件来代替现有BGCT可望更好地满足于逆变器等大功率变流器的实际应用。
本发明BGCT器件的制备方法，按照以下步骤实施：
步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；
步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，在n-区的下表面，采用磷离子注入，形成nFS层的掺杂；
步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，同时将nFS层的掺杂进行推进；
步骤4、在上述晶片表面，通过光刻形成铝离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行铝离子注入；
步骤5、去掉晶片表面的光刻胶，在GCT部分重新光刻形成硼离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行硼离子注入；
步骤6、去掉表面的光刻胶和氧化层，重新生长二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，然后高温推进，同时形成GCT的p基区和p+基区，以及PIN二极管p阳极区的掺杂；并在GCT的p基区与PIN二极管的p阳极区之间自然形成pnp隔离区；
步骤7、去掉晶片上表面的二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，重新生长二氧化硅掩蔽膜，通过光刻形成磷扩散的掺杂窗口；
步骤8、在上步得到的晶片上表面，采用POCl3源进行选择性的磷两步扩散，在GCT的p+基区上表面形成n+阴极区，同时在PIN二极管的p阳极区表面形成n+调整区；
步骤9、在上步得到的晶片上表面生长氧化层，光刻形成门极区和pnp隔离区上表面的腐蚀窗口，然后利用腐蚀工艺进行门极区和隔离区挖槽，形成门-阴极台面结构；
步骤10、去掉晶片表面的氧化层，重新生长氧化层，下表面光刻，形成PIN二极管n+阴极区的磷注入窗口，然后进行磷离子注入，退火兼推进，形成PIN二极管的n+阴极区；
步骤11、去掉下表面的氧化层，然后进行硼离子注入，退火兼推进，形成GCT的p+透明阳极区；
步骤12、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，通过光刻，去掉下表面的二氧化硅层，上表面形成GCT门-阴极界和pnp隔离区的保护二氧化硅图形；
步骤13、对整个晶片上、下表面分别蒸铝，然后通过反刻铝，去掉门极处的铝层；然后重新蒸铝，并进行二次反刻铝，增加了门-阴极台面高度，合金化后形成门极、阴极的金属化电极；
步骤14、对上步得到的晶片下表面，依次溅射钛、镍、银三层金属化电极，合金化后形成阳极多层金属化电极；
步骤15、在上步得到的晶片上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门-阴极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化；
步骤16、在上步得到的晶片整个上表面进行电子辐照，实现BGCT中载流子寿命的均匀控制，然后退火，特性测试，即成。
Claims (4)
1.一种具有n+调整区的双模式GCT，其特征在于：整个器件表面所有GCT单元和PIN二极管单元呈指条状按同心环排列均匀地分布在芯片上表面，并且GCT单元和PIN二极管单元按3﹕1的比例交叉分布，以PIN二极管为中央单元，两侧为GCT单元，即1个PIN二极管单元，对应3个GCT单元；
所述的GCT单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和p+透明阳极区；n-区向上依次设置有p基区和p+基区；在p+基区上表面局部设置有GCT的n+阴极区，该n+阴极区上表面是阴极K；该n+阴极区两侧相邻的p+基区上表面均设置有门极G；
所述的PIN二极管单元的剖面结构是，以n-区为衬底，n-区向下依次设置有nFS层和n+阴极区，n+阴极区两侧与GCT单元的p+透明阳极区相接并且在下表面设有共同的阳极A；n-区向上设置有p阳极区，在p阳极区上表面中间位置设置有n+调整区，n+调整区的宽度为40~70μm，p阳极区和n+调整区上表面设置有共同的阴极K；p阳极区与两侧相邻GCT单元的p基区之间均采用pnp隔离区。
2.根据权利要求1所述的具有n+调整区的双模式GCT，其特征在于：所述的n+调整区采用圆形或条形，并且其尺寸从里到外逐渐增大。
3.根据权利要求1所述的具有n+调整区的双模式GCT，其特征在于：所述的n+调整区的面积与PIN二极管单元阳极区的面积比为20%~35%。
4.一种权利要求1-3任一所述的具有n+调整区的双模式GCT的制备方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
步骤1、选用原始的高阻区熔中照硅单晶作为n-区；
步骤2、硅片清洗后腐蚀减薄，在n-区的下表面，采用磷离子注入，形成nFS层的掺杂；
步骤3、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化形成掩蔽膜，同时将nFS层的掺杂进行推进；
步骤4、在上述晶片表面，通过光刻形成铝离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行铝离子注入；
步骤5、去掉晶片表面的光刻胶，在GCT部分重新光刻形成硼离子注入窗口；然后在光刻胶的掩蔽下进行硼离子注入；
步骤6、去掉表面的光刻胶和氧化层，重新生长二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，然后推进，同时形成GCT的p基区和p+基区、以及PIN二极管p阳极区的掺杂；并在GCT的p基区与PIN二极管的p阳极区之间自然形成pnp隔离区；
步骤7、去掉晶片上表面的二氧化硅-氮化硅-二氧化硅三层掩蔽膜，重新生长二氧化硅掩蔽膜，通过光刻形成磷扩散的掺杂窗口；
步骤8、在上步得到的晶片上表面，采用POCl3源进行选择性的磷两步扩散，在GCT的p+基区上表面形成n+阴极区，同时在PIN二极管的p阳极区表面形成n+调整区；
步骤9、在上步得到的晶片上表面生长氧化层，光刻形成门极区和pnp隔离区上表面的腐蚀窗口，然后利用腐蚀工艺进行门极区和隔离区挖槽，形成门-阴极台面结构；
步骤10、去掉晶片表面的氧化层，重新生长氧化层，下表面光刻，形成PIN二极管n+阴极区的磷注入窗口，然后进行磷离子注入，退火兼推进，形成PIN二极管的n+阴极区；
步骤11、去掉下表面的氧化层，然后进行硼离子注入，退火兼推进，形成GCT的p+透明阳极区；
步骤12、采用干氧-湿氧-干氧交替氧化重新形成掩蔽膜，通过光刻，去掉下表面的二氧化硅层，上表面形成GCT门-阴极界和pnp隔离区的保护二氧化硅图形；
步骤13、对整个晶片上、下表面分别蒸铝，然后通过反刻铝，去掉门极处的铝层；然后重新蒸铝，并进行二次反刻铝，增加了门-阴极台面高度，合金化后形成门极、阴极的金属化电极；
步骤14、对上步得到的晶片下表面，依次溅射钛、镍、银三层金属化电极，合金化后形成阳极多层金属化电极；
步骤15、在上步得到的晶片上表面甩聚酰亚胺膜，光刻形成门-阴极区和隔离区的保护图形，并进行亚胺化处理；然后进行磨角保护、表面钝化；
步骤16、在上步得到的晶片整个上表面进行电子辐照，实现BGCT中载流子寿命的均匀控制，然后退火，特性测试，即成。
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2021
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