MD176Y - Process for the manufacture of high-voltage diode - Google Patents
Process for the manufacture of high-voltage diode Download PDFInfo
- Publication number
- MD176Y MD176Y MDS20090054A MDS20090054A MD176Y MD 176 Y MD176 Y MD 176Y MD S20090054 A MDS20090054 A MD S20090054A MD S20090054 A MDS20090054 A MD S20090054A MD 176 Y MD176 Y MD 176Y
- Authority
- MD
- Moldova
- Prior art keywords
- junction
- acid
- voltage
- cutting
- depositing
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 12
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 9
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 4
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 4
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N aqua regia Chemical compound Cl.O[N+]([O-])=O QZPSXPBJTPJTSZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005538 encapsulation Methods 0.000 description 2
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 2
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 2
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 1
- 229910000413 arsenic oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OEYOHULQRFXULB-UHFFFAOYSA-N arsenic trichloride Chemical compound Cl[As](Cl)Cl OEYOHULQRFXULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Inventia se refera la domeniul de fabricare a elementelor semiconductoare, si anume la fabricarea diodelor de inalta tensiune ultrarapide de temperatura inalta.Procedeul de fabricare a diodei de tensiune inalta include cresterea structurii de redresare semiconductoare de tip A3B5 prin metoda de chloride epitaxie din faza gazoasa, depunerea straturilor metalice pentru formarea conexiunilor, decuparea structurii cristaline in forma de disc prin metoda de corodare chimica a acesteia in solutie acida, care contine un amestec de 25...52% vol. de acid azotic in acid clorhidric, si apa deionizata, ce constituie pana la 10 parti la o parte de amestec de acizi, curatarea suprafetei de iesire a jonctiunii p-n la suprafata laterala a cristalului, depunerea unui strat de pasivizare din oxidul elementului A pe suprafata de iesire a jonctiunii p-n la suprafata si prelucrarea termica a acestuia in mediu inert la temperatura de 560…600°C timp de 30…50 min, asamblarea si capsularea diodei de tensiune inalta.The invention relates to the field of manufacture of semiconductor elements, namely the manufacture of high-temperature ultra-high-voltage diodes. depositing the metallic layers for forming the connections, cutting the crystalline structure in the disk form by its chemical corrosion method in acid solution, which contains a mixture of 25 ... 52% vol. of nitric acid in hydrochloric acid, and deionized water, which constitutes up to 10 parts to a part of acid mixture, cleaning the junction exit surface to the lateral surface of the crystal, depositing a passivation layer from the oxide of element A on the junction exit surface to the surface and its thermal processing in inert medium at 560 ... 600 ° C for 30 ... 50 min, voltage diode assembly and capsulation a high one.
Description
Invenţia se referă la domeniul de fabricare a elementelor semiconductoare, şi anume la fabricarea diodelor de înaltă tensiune ultrarapide de temperatură înaltă. The invention relates to the field of manufacturing semiconductor elements, namely to the manufacture of ultrafast high-voltage, high-temperature diodes.
Este cunoscut procedeul de fabricare a diodei semiconductoare, care include formarea structurilor semiconductoare de redresare, decuparea structurii cristaline de diode, curăţarea suprafeţei de ieşire a joncţiunii p-n la suprafaţă şi protecţia joncţiunii p-n în două etape, totodată, curăţarea joncţiunii p-n şi prima etapă de protecţie reprezintă depunerea substanţei de curăţare şi concomitent de formare a stratului de protecţie, care ulterior urmează să fie înlăturat, iar a doua etapă de protecţie - depunerea pe această suprafaţă a stratului din substanţa de protecţie. În continuare cristalele de diode se montează şi se capsulează în masă plastică cu două borne de ieşire [1]. The semiconductor diode manufacturing process is known, which includes the formation of semiconductor rectifier structures, cutting the crystal structure of the diodes, cleaning the output surface of the p-n junction to the surface and protecting the p-n junction in two stages, at the same time, cleaning the p-n junction and the first stage of protection represents the deposition of the cleaning substance and simultaneous formation of the protective layer, which is subsequently to be removed, and the second stage of protection - the deposition on this surface of the layer of the protective substance. Next, the diode crystals are mounted and encapsulated in plastic with two output terminals [1].
Mai este cunoscut un procedeu de fabricare a diodei semiconductoare, conform căruia pe suportul de semiconductor se depun straturi metalice pentru formarea conexiunilor şi stratul de protecţie, de asemenea suportul este iradiat cu un flux de particule pentru reglarea timpului de viaţă a purtătorilor de sarcină, totodată, stratul metalic pe suprafaţa de iradiere şi stratul de protecţie sunt depuse după iradierea cu fluxul de particule [2]. There is also a known process for manufacturing a semiconductor diode, according to which metal layers are deposited on the semiconductor support to form connections and a protective layer, the support is also irradiated with a particle flux to regulate the lifetime of the charge carriers, at the same time, the metal layer on the irradiation surface and the protective layer are deposited after the irradiation with the particle flux [2].
Astfel de metode rezolvă problemele de extindere funcţională sau reglare a parametrilor electrofizici în dispozitivele semiconductoare fabricate, ca regulă, din siliciu. Aici îmbunătăţirea unor parametri produce diminuarea altor parametri din cauza dependenţei lor funcţionale, cum ar fi temperatura şi tensiunea de străpungere a joncţiunii p-n. O rezolvare tehnică este înlocuirea siliciului cu un material semiconductor mai performant, de exemplu semiconductor de tip A3B5 (arseniura de galiu cu temperatura de lucru până la 300°C), care se caracterizează prin tehnologie de obţinere diferită de cea a siliciului. Such methods solve the problems of functional expansion or regulation of electrophysical parameters in semiconductor devices manufactured, as a rule, from silicon. Here, the improvement of some parameters causes the decrease of other parameters due to their functional dependence, such as temperature and breakdown voltage of the p-n junction. A technical solution is to replace silicon with a more performant semiconductor material, for example, semiconductor type A3B5 (gallium arsenide with operating temperature up to 300°C), which is characterized by a different production technology than that of silicon.
Dezavantajele procedeelor menţionate mai sus constau în eficienţa scăzută la utilizarea lor în traseul tehnologic de prelucrare a materialului semiconductor de tip A3B5 la fabricarea diodei de redresare, îndeosebi de dimensiuni mici. Este cunoscut faptul că eficienţa de producere la decuparea cristalului de tensiune înaltă cu dimensiuni mici (până la 5 mm) este joasă din cauza ratei sporite de trecere a materialului semiconductor în deşeu, ceea ce duce la creşterea costurilor de producere. La decuparea cristalului de siliciu prin metoda de corodare chimică eficienţa de producere creşte, dar aceste soluţii chimice nu dau acelaşi rezultat la decuparea în cristale a altor structuri semiconductoare, precum sunt materialele de tip A3B5. The disadvantages of the above-mentioned processes consist in the low efficiency when used in the technological process of processing semiconductor material of type A3B5 in the manufacture of rectifier diodes, especially of small dimensions. It is known that the production efficiency when cutting high-voltage crystals of small dimensions (up to 5 mm) is low due to the increased rate of semiconductor material passing into waste, which leads to an increase in production costs. When cutting silicon crystals by the chemical etching method, the production efficiency increases, but these chemical solutions do not give the same result when cutting into crystals of other semiconductor structures, such as materials of type A3B5.
Alt dezavantaj constă în costurile de producţie mari la depunerea oxidului de siliciu ca material de protecţie pe suprafaţa structurilor de tip A3B5 în comparaţie cu depunerea acestui oxid pe suprafaţa siliciului. Another disadvantage is the high production costs of depositing silicon oxide as a protective material on the surface of A3B5-type structures compared to depositing this oxide on the surface of silicon.
Problemele, pe care le rezolvă prezenta invenţie, sunt majorarea stabilităţii parametrilor electrici la dioda de tensiune înaltă în condiţii de funcţionare la temperatură înaltă (peste 200°C), precum şi creşterea eficienţei de producere industrială a diodei redresoare de tensiune înaltă din material semiconductor de tip A3B5. The problems solved by the present invention are increasing the stability of the electrical parameters of the high-voltage diode under high-temperature operating conditions (above 200°C), as well as increasing the efficiency of industrial production of the high-voltage rectifier diode made of A3B5 type semiconductor material.
Procedeul de fabricare a diodei de tensiune înaltă, conform invenţiei, include creşterea structurii de redresare semiconductoare de tip A3B5 prin metoda de chloride epitaxie din fază gazoasă, depunerea straturilor metalice pentru formarea conexiunilor, decuparea structurii cristaline în formă de disc prin metoda de corodare chimică a acesteia în soluţie acidă, care conţine un amestec de 25...52% vol. de acid azotic în acid clorhidric, şi apă deionizată, ce constituie până la 10 părţi la o parte de amestec de acizi, curăţarea suprafeţei de ieşire a joncţiunii p-n la suprafaţa laterală a cristalului, depunerea unui strat de pasivizare din oxidul elementului A pe suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n la suprafaţă şi prelucrarea termică a acestuia în mediu inert la temperatura de 560…600°C timp de 30…50 min, asamblarea şi capsularea diodei de tensiune înaltă. The high-voltage diode manufacturing process, according to the invention, includes growing the A3B5 type semiconductor rectifier structure by the chloride vapor phase epitaxy method, depositing metal layers for forming connections, cutting the disk-shaped crystalline structure by the method of its chemical etching in an acidic solution, which contains a mixture of 25...52% vol. of nitric acid in hydrochloric acid, and deionized water, which constitutes up to 10 parts to one part of the acid mixture, cleaning the output surface of the p-n junction on the lateral surface of the crystal, depositing a passivation layer of element A oxide on the output surface of the p-n junction on the surface and thermally processing it in an inert environment at a temperature of 560...600°C for 30...50 min, assembling and encapsulating the high-voltage diode.
Rezultatul invenţiei constă în majorarea temperaturii de lucru la peste 200°C la dioda de tensiune înaltă (700…1500 V), micşorarea timpului de revenire inversă mai jos de 60 ns şi sporirea randamentului la producţia diodei de tensiune înaltă cu peste 40%. The result of the invention consists in increasing the working temperature to over 200°C for the high-voltage diode (700…1500 V), reducing the reverse recovery time below 60 ns and increasing the efficiency of high-voltage diode production by over 40%.
Spre deosebire de cea mai apropiată soluţie, procedeul propus permite fabricarea diodei de tensiune înaltă din materiale semiconductoare de tip A3B5, datorită tehnologiei de chloride epitaxie din fază gazoasă, care are un randament sporit pe scară industrială şi reduce costurile de producţie la obţinerea straturilor groase (60…100 µm) şi omogene, de exemplu din GaAs sau InP. Tehnologia de chloride epitaxie permite producerea structurilor de redresare cu tensiune inversă peste 1500 V. Totodată, utilizarea unui compus semiconductor cu banda interzisă mai mare decât a siliciului, de exemplu a unui compus de tipul A3B5, pentru fabricarea diodei de tensiune înaltă, duce la creşterea performanţei şi calităţii produsului. Arseniura de galiu (GaAs), de exemplu, utilizată în dioda de tensiune înaltă, micşorează curenţii de scurgere la tensiunea de blocare astfel încât prin majorarea temperaturii la 300°C curenţii de scurgere sunt mai mici decât curenţii diodei din siliciu măsuraţi la 120°C. Mobilitatea sporită a purtătorilor de curent în GaAs (4000…5000 cm2/V·s la temperatura de 25°C) duce la micşorarea timpului de revenire inversă (30…60 ns) la dioda de tensiune înaltă. Unlike the closest solution, the proposed process allows the manufacture of high-voltage diodes from A3B5 type semiconductor materials, thanks to the gas-phase chloride epitaxy technology, which has an increased yield on an industrial scale and reduces production costs when obtaining thick (60…100 µm) and homogeneous layers, for example from GaAs or InP. Chloride epitaxy technology allows the production of rectifier structures with reverse voltages above 1500 V. At the same time, the use of a semiconductor compound with a band gap larger than that of silicon, for example an A3B5 type compound, for the manufacture of the high-voltage diode leads to an increase in the performance and quality of the product. Gallium arsenide (GaAs), for example, used in high-voltage diodes, reduces the leakage currents at the blocking voltage so that by increasing the temperature to 300°C the leakage currents are lower than the silicon diode currents measured at 120°C. The increased mobility of current carriers in GaAs (4000…5000 cm2/V s at 25°C) leads to a reduction in the reverse recovery time (30…60 ns) in the high-voltage diode.
Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este reprezentat un fotoşablon de decupare chimică a cristalului. The invention is explained by the drawing in the figure, which represents a phototemplate for chemical crystal cutting.
Una din deosebirile invenţiei constă în decuparea structurii cristaline în formă de disc prin metoda de corodare chimică a acesteia în soluţie acidă, care conţine un amestec de 25...52% vol. de acid azotic în acid clorhidric, şi apă deionizată, ce constituie până la 10 părţi la o parte de amestec de acizi. Intensitatea mare a câmpului electric în regim de străpungere la diodele de tensiune înaltă cauzează restricţii faţă de calitatea şi forma suprafeţei de ieşire a joncţiunii p-n. Forma de disc a acestei suprafeţe omogenizează câmpul electric, ceea ce duce la diminuarea posibilităţii de străpungere aleatorie pe suprafaţă. Însă prelucrarea acestei suprafeţe începe la etapa de decupare a structurilor cristaline, cu calitatea suprafeţei obţinute după decupare. Decuparea prin tăiere, utilizată în prezent în industria microelectronică, devine tot mai costisitoare la decuparea cristalelor cu diametrul mai mic de 5 mm. Sunt cunoscute metode de decupare a cristalelor cu dimensiuni mici, de exemplu, prin sablare. Însă decuparea cu jet de nisip prelungeşte procesul tehnologic necesitând operaţiuni tehnologice suplimentare, implică materiale noi în tehnologie, majorând astfel costurile de producţie. Prezenta invenţie diminuează costurile prin utilizarea materialelor implementate în procesul tehnologic de dizolvare a deşeurilor depuse în reactorul de epitaxie a GaAs - acidul clorhidric şi acidul azotic în amestec cu până la 10 părţi (volum) de apă deionizată, care permite realizarea controlului asupra valorii pH în soluţie. Costurile se reduc şi din cauza evitării unor operaţiuni tehnologice la depunerea oxidului de galiu pe suprafaţa joncţiunii p-n, dacă utilizăm aceeaşi mască, de exemplu din material fotorezistent, depusă în procesul de decupare. One of the features of the invention is the cutting of the crystal structure in the form of a disk by the method of its chemical corrosion in an acid solution, which contains a mixture of 25...52% vol. of nitric acid in hydrochloric acid, and deionized water, which constitutes up to 10 parts to one part of the acid mixture. The high intensity of the electric field in the breakdown mode in high-voltage diodes causes restrictions on the quality and shape of the output surface of the p-n junction. The disk shape of this surface homogenizes the electric field, which leads to a decrease in the possibility of random breakdown on the surface. However, the processing of this surface begins at the stage of cutting the crystal structures, with the quality of the surface obtained after cutting. Cutting by cutting, currently used in the microelectronics industry, is becoming more and more expensive when cutting crystals with a diameter of less than 5 mm. There are known methods for cutting small crystals, for example, by sandblasting. However, sandblasting prolongs the technological process, requiring additional technological operations, involves new materials in technology, thus increasing production costs. The present invention reduces costs by using materials implemented in the technological process of dissolving waste deposited in the GaAs epitaxy reactor - hydrochloric acid and nitric acid mixed with up to 10 parts (volume) of deionized water, which allows for control over the pH value in the solution. Costs are also reduced due to the avoidance of technological operations when depositing gallium oxide on the surface of the p-n junction, if we use the same mask, for example of photoresist material, deposited in the cutting process.
Altă deosebire a invenţiei constă în depunerea stratului de protecţie pe suprafaţa joncţiunii p-n la dioda din semiconductor de tip A3B5, care reprezintă oxidul elementului A al acestui semiconductor. Joncţiunile p-n de tensiune înaltă sunt caracterizate prin valori mari ale intensităţii câmpului electric (105…106 V/m) atât în masivul semiconductorului, cât şi la suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n. Sunt cunoscute mai multe metode de majorare a tensiunii de străpungere prin avalanşă a dispozitivului, aşa ca depunerea armăturii de câmp, formarea cercurilor de protecţie, formarea faţetei pentru joncţiunea p-n. Aceste metode au ca scop micşorarea probabilităţii străpungerii electrice pe suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n, creând astfel condiţii de străpungere în volumul semiconductorului. Another difference of the invention consists in the deposition of the protective layer on the surface of the p-n junction of the A3B5 semiconductor diode, which represents the oxide of element A of this semiconductor. High-voltage p-n junctions are characterized by high values of the electric field intensity (105…106 V/m) both in the bulk of the semiconductor and at the output surface of the p-n junction. Several methods are known for increasing the avalanche breakdown voltage of the device, such as the deposition of the field reinforcement, the formation of protective circles, the formation of the facet for the p-n junction. These methods aim to reduce the probability of electrical breakdown on the output surface of the p-n junction, thus creating conditions for breakdown in the volume of the semiconductor.
La fabricarea diodei din siliciu, ca material de pasivizare şi protecţie este utilizat oxidul de siliciu, ca oxid propriu formând cu siliciul o adeziune calitativă. Oxidul de siliciu, ca şi nitrura de siliciu, sunt în prezent utilizate şi în producţia diodelor cu GaAs de tensiuni până la 600 V. Însă sarcina pozitivă fixă în stratul oxidului de siliciu depus pe suprafaţa GaAs provoacă efectul de invertire a suprafeţei semiconductorului, în urma căruia tensiunea de străpungere scade. Mobilitatea sarcinii electrice în stratul inversat, care apare din cauza prezenţei pe suprafaţă a oxizilor de arsen şi a altor impurităţi, provoacă instabilitatea caracteristicilor electrice. În intervalul tensiunilor de străpungere purtătorii fierbinţi injectaţi în stratul oxidului de siliciu duc la modulaţia conductibilităţii suprafeţei GaAs, care poate provoca o străpungere haotică sau aleatorie. In the manufacture of silicon diodes, silicon oxide is used as a passivation and protection material, as its own oxide forms a qualitative adhesion with silicon. Silicon oxide, as well as silicon nitride, are currently also used in the production of GaAs diodes with voltages up to 600 V. However, the fixed positive charge in the silicon oxide layer deposited on the GaAs surface causes the inversion effect of the semiconductor surface, as a result of which the breakdown voltage decreases. The mobility of the electric charge in the inverted layer, which occurs due to the presence of arsenic oxides and other impurities on the surface, causes instability of the electrical characteristics. In the breakdown voltage range, hot carriers injected into the silicon oxide layer lead to modulation of the conductivity of the GaAs surface, which can cause chaotic or random breakdown.
Depunerea stratului de oxid de galiu pe suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n se efectuează din contul materialului GaAs masiv, ce asigură o adezivitate calitativă între materiale, stabilizează la suprafaţă potenţialul chimic Fermi şi măreşte rezistivitatea stratului la suprafaţă prin doparea lui cu oxigen, care în GaAs formează niveluri adânci în banda energetică interzisă. Deci, oxidul de galiu pasivizează şi în acelaşi timp protejează joncţiunea p-n, mărind tensiunea de străpungere a diodei la creşterea intensităţii câmpului electric. Totodată, este cunoscut faptul că oxidul de galiu are mai multe modificaţii în funcţie de tehnologia de depunere. Deosebirea de cea mai apropiată soluţie constă în prelucrarea termică a oxidului de galiu în mediu inert la temperatura de 560…600°C timp de 30…50 min. Prin tratarea termică a oxidului se obţine modificaţia β, care este cea mai stabilă dintre modificaţiile cunoscute şi la încălzire îşi pierde proprietatea de a se dizolva în acizi şi baze. The deposition of the gallium oxide layer on the output surface of the p-n junction is carried out at the expense of the massive GaAs material, which ensures qualitative adhesion between the materials, stabilizes the Fermi chemical potential on the surface and increases the resistivity of the surface layer by doping it with oxygen, which in GaAs forms deep levels in the forbidden energy band. Thus, gallium oxide passivates and at the same time protects the p-n junction, increasing the breakdown voltage of the diode with increasing electric field intensity. At the same time, it is known that gallium oxide has several modifications depending on the deposition technology. The difference from the closest solution lies in the thermal processing of gallium oxide in an inert environment at a temperature of 560…600°C for 30…50 min. By thermal treatment of the oxide, the β modification is obtained, which is the most stable of the known modifications and loses its property of dissolving in acids and bases when heated.
Exemplu de realizare a invenţiei Example of embodiment of the invention
Modele de diode cu tensiune înaltă au fost fabricate din structuri redresoare n+ - n° - p+, crescute pe suporturi de GaAs de tip AGCO-1-35b 2(2*18), dopate cu staniu până la 2·1018cm-3, cu grosimea bazei de 60 µm şi concentraţia impurităţilor de 6·1014 cm-3 în instalaţia IEC-3/4R de depunere prin metoda de chloride epitaxie din fază gazoasă, tehnologie considerată una din cele mai pure tehnologii de obţinere a materialelor semiconductoare de tipul A3B5, datorită gradului ridicat de puritate a componentelor iniţiate în producţie, cum ar fi galiul, triclorura de arsen etc. Structurile crescute aveau tensiunea de blocare 900 V. După metalizare (Ni) prin metoda chimică structurile redresoare au fost acoperite cu material fotorezistent pozitiv pe ambele suprafeţe metalizate şi supuse tehnologiei de deschidere a ferestrelor rotunde cu diametrul de 2 mm pentru decuparea chimică a cristalelor conform şablonului din figură. Totodată, decuparea chimică permite şi formarea faţetei pe suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n. High-voltage diode models were fabricated from n+ - n° - p+ rectifier structures, grown on AGCO-1-35b 2(2*18) type GaAs supports, doped with tin up to 2·1018cm-3, with a base thickness of 60 µm and an impurity concentration of 6·1014 cm-3 in the IEC-3/4R deposition facility using the chloride vapor phase epitaxy method, a technology considered one of the purest technologies for obtaining A3B5 type semiconductor materials, due to the high degree of purity of the components initiated in production, such as gallium, arsenic trichloride, etc. The grown structures had a blocking voltage of 900 V. After metallization (Ni) by chemical method, the rectifier structures were coated with positive photoresist material on both metallized surfaces and subjected to the technology of opening round windows with a diameter of 2 mm for chemical cutting of the crystals according to the template in the figure. At the same time, chemical cutting also allows the formation of the facet on the output surface of the p-n junction.
Condiţiile de corodare chimică au fost supuse controlului prin schimbarea dimensiunilor ferestrelor şi componenţa soluţiei de decupare. Grosimea cercului de fereastră în experienţe a fost de 0,25…0,75 mm. Viteza de decupare a fost controlată prin diluarea soluţiei acide, compusă din apă regală (AR) cu apă deionizată în raportul de până la 1:10. Cristalul obţinut după decupare reprezintă dioda de redresare cu suprafaţa de ieşire a joncţiunii p-n deschisă, dar suprafeţele metalizate rămân protejate prin stratul din material fotorezistent. Astfel, cristalele spălate de soluţia acidă pot fi supuse procesului de depunere a oxidului de galiu prin metodele chimice cunoscute. Oxidarea suprafeţei cu joncţiunea p-n a fost efectuată în soluţie acidă cu pH 1…2. După spălarea intensivă şi uscarea la temperatura de 60…90°C cristalele au fost introduse în reactorul cu hidrogen şi stocate la temperatura de 570°C timp de 40 min. La controlul de clasificare a tensiunii de blocare toate cristalele obţinute de pe structură s-au aranjat în intervalul de valori 700…900 V. The chemical corrosion conditions were controlled by changing the window sizes and the composition of the etching solution. The thickness of the window circle in the experiments was 0.25…0.75 mm. The etching rate was controlled by diluting the acidic solution, composed of aqua regia (AR) with deionized water in the ratio of up to 1:10. The crystal obtained after etching represents the rectifier diode with the output surface of the p-n junction open, but the metallized surfaces remain protected by the photoresist layer. Thus, the crystals washed by the acidic solution can be subjected to the gallium oxide deposition process by known chemical methods. The oxidation of the surface with the p-n junction was carried out in an acidic solution with pH 1…2. After intensive washing and drying at a temperature of 60…90°C, the crystals were introduced into the hydrogen reactor and stored at a temperature of 570°C for 40 min. When checking the blocking voltage classification, all crystals obtained from the structure were arranged in the range of values 700…900 V.
Diodele au fost selectate şi montate în construcţia a două coloane de diode. Pentru capsulare a fost utilizată răşina KJR-9033E cu regim de polimerizare: la temperatura de 150°C - 2 ore, apoi la temperatura de 200°C - 6 ore. The diodes were selected and mounted in the construction of two diode columns. For encapsulation, KJR-9033E resin was used with a polymerization regime: at a temperature of 150°C - 2 hours, then at a temperature of 200°C - 6 hours.
Două modele de coloane de diode au fost montate cu trei şi şase elemente de redresare cu tensiunile de blocare inversă 1,8 şi 4,2 kV respectiv la curent de scurgere de 10 µA la temperatura de 200°C, limitată doar de proprietăţile fizice ale materialelor auxiliare utilizate, de exemplu ale răşinii pentru capsulare. Two models of diode columns were mounted with three and six rectifier elements with reverse blocking voltages of 1.8 and 4.2 kV respectively at a leakage current of 10 µA at a temperature of 200°C, limited only by the physical properties of the auxiliary materials used, for example the encapsulation resin.
1. RU 2007106293 A 2008.08.27 1. RU 2007106293 A 2008.08.27
2. RU 99117920 A 2001.07.20 2. RU 99117920 A 2001.07.20
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20090054A MD176Z (en) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | Process for the manufacture of high-voltage diode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| MDS20090054A MD176Z (en) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | Process for the manufacture of high-voltage diode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| MD176Y true MD176Y (en) | 2010-03-31 |
| MD176Z MD176Z (en) | 2010-10-31 |
Family
ID=43568948
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| MDS20090054A MD176Z (en) | 2009-04-15 | 2009-04-15 | Process for the manufacture of high-voltage diode |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| MD (1) | MD176Z (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD196Z (en) * | 2009-04-15 | 2010-11-30 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | High-temperature diode column |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD3815C2 (en) * | 2007-07-04 | 2009-08-31 | Эдуард ПРОДАН | Water-supply system and process |
| MD4182C1 (en) * | 2011-04-15 | 2013-04-30 | Государственный Университет Молд0 | Semiconductor device with relief p-n junction (embodiments) |
| MD4261B1 (en) * | 2011-05-12 | 2013-11-30 | Государственный Университет Молд0 | Method for manufacturing a semiconductor device with relief p-n junction (embodiments) |
| MD972Z (en) * | 2015-02-19 | 2016-06-30 | Государственный Университет Молд0 | Method for p+InP-p-InP-n+CdS structure growth for photovoltaic cells |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5986215A (en) * | 1982-11-08 | 1984-05-18 | Mitsubishi Electric Corp | Vapor growth method of gallium arsenide |
| JPH01244612A (en) * | 1988-03-25 | 1989-09-29 | Nec Corp | Method and apparatus for vapor growth of gallium arsenide |
| JPH0296327A (en) * | 1988-09-30 | 1990-04-09 | Nec Corp | Vapor phase growing method of gallium arsenide |
| SU1589918A1 (en) * | 1989-01-23 | 1996-11-27 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Process of manufacture of heteroepitaxial layers of gallium arsenide |
| SU1788871A1 (en) * | 1990-01-12 | 1996-01-20 | Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе | Method for epitaxial accretion of gallium-arsenide layers on silicon substrates and device for implementation of said method |
| SU1800856A1 (en) * | 1990-05-16 | 1995-06-19 | Научно-исследовательский институт "Пульсар" | Method for production of epitaxial structures on gallium arsenide substrate |
| KR960003850B1 (en) * | 1992-12-04 | 1996-03-23 | 재단법인 한국전자통신연구소 | Method for manufacturing compound semiconductor device using aluminum arsenic (AlAs) protective film |
| JP3532972B2 (en) * | 1994-09-08 | 2004-05-31 | 株式会社デンソー | Method for manufacturing compound semiconductor device |
| MD930G2 (en) * | 1997-04-09 | 1999-01-31 | Государственный Университет Молд0 | Process for obtaining semiconducter layer materials from the gas phase |
| MD2937C2 (en) * | 2004-02-05 | 2006-09-30 | Производственно-Коммерческая Фирма "Discret Element" Ооо | process for cleaning of machining attachments from waste after epitaxial growth of semiconductor layers of the type A3B5 |
| CN100356507C (en) * | 2004-07-09 | 2007-12-19 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | Direct bonding method for indium phosphide and gallium arsenide materials |
| MD3257G2 (en) * | 2006-03-17 | 2007-09-30 | Производственно-Коммерческая Фирма "Discret Element" Ооо | Process for gallium and arsenic recovery from waste formed after epitaxial growth of semiconductor layers of the type A3B5 |
| RU2007106293A (en) * | 2007-02-19 | 2008-08-27 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") (RU) | METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DIODE |
-
2009
- 2009-04-15 MD MDS20090054A patent/MD176Z/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD196Z (en) * | 2009-04-15 | 2010-11-30 | Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы | High-temperature diode column |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| MD176Z (en) | 2010-10-31 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9922838B2 (en) | Selective, electrochemical etching of a semiconductor | |
| MD176Y (en) | Process for the manufacture of high-voltage diode | |
| US3703671A (en) | Electroluminescent device | |
| Bayraktaroglu | Assessment of gallium oxide technology | |
| JPH0383332A (en) | Manufacture of silicon carbide semiconductor device | |
| EP1962347A1 (en) | Schottky barrier diode and method for using the same | |
| Alhalaili et al. | Ga2O3 nanowire synthesis and device applications | |
| CN108321256A (en) | A kind of preparation method based on p-type transparent grid electrode GaN base ultraviolet detector | |
| CN101160642A (en) | boron-doped diamond semiconductor | |
| CN114093765B (en) | Method for prolonging minority carrier lifetime of silicon carbide film | |
| Lebedev et al. | SiC-based electronics (100th anniversary of the Ioffe Institute) | |
| CN102779858A (en) | Power diode device and preparation method thereof | |
| US10050133B2 (en) | Application of thin insulating film layer in semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
| CN111512421B (en) | Composite life control method | |
| TWI413250B (en) | Semiconductor electronic device | |
| CN103839994A (en) | IGBT structure and manufacturing method thereof | |
| WO2016194216A1 (en) | Semiconductor device, method for manufacturing same, and power module | |
| CN105789399B (en) | P-type broad stopband oxide and ZnO combination vertical structure light-emitting devices and preparation method thereof | |
| Liu et al. | Bandgap engineering and Schottky barrier modulation of ultra-wide bandgap Si-doped β-(Al x Ga 1− x) 2 O 3 single crystals | |
| Liu et al. | Ultrahigh Gain of a Vacuum-Ultraviolet Photodetector Based on a Heterojunction Structure of Al N Nanowires and Ni O Quantum Dots | |
| RU2610388C2 (en) | Method of simultaneous production of p-i-n structure of gaas with p, i and n area in one epitaxial layer | |
| CN102386267A (en) | Solar cell and method for fabricating same | |
| MD196Y (en) | High-temperature diode column | |
| US3074146A (en) | Production of unipolar transistors | |
| Selim | High-voltage, large-area planar devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| KA4Y | Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration) |