MD176Y - Procedeu de fabricare a diodei de tensiune inalta - Google Patents

Procedeu de fabricare a diodei de tensiune inalta Download PDF

Info

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
Application number
MDS20090054A
Other languages
English (en)
Inventor
Simion Baranov
Boris Cinic
Original Assignee
Institutul De Inginerie Electronica Si Tehnologii Industriale Al Academiei De Stiinte A Moldovei
Simion Baranov
Boris Cinic
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institutul De Inginerie Electronica Si Tehnologii Industriale Al Academiei De Stiinte A Moldovei, Simion Baranov, Boris Cinic filed Critical Institutul De Inginerie Electronica Si Tehnologii Industriale Al Academiei De Stiinte A Moldovei
Priority to MDS20090054A priority Critical patent/MD176Z/ro
Publication of MD176Y publication Critical patent/MD176Y/ro
Publication of MD176Z publication Critical patent/MD176Z/ro

Links

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.

Description

Invenţia se referă la domeniul de fabricare a elementelor semiconductoare, şi anume la fabricarea diodelor de înaltă tensiune ultrarapide de temperatură înaltă.
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].
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].
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.
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.
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.
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.
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.
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%.
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.
Invenţia se explică prin desenul din figură, în care este reprezentat un fotoşablon de decupare chimică a cristalului.
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.
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.
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.
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.
Exemplu de realizare a invenţiei
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.
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.
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.
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.
1. RU 2007106293 A 2008.08.27
2. RU 99117920 A 2001.07.20

Claims (1)

  1. Procedeu de fabricare a diodei de tensiune înaltă, care 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.
MDS20090054A 2009-04-15 2009-04-15 Procedeu de fabricare a diodei de tensiune înaltă MD176Z (ro)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20090054A MD176Z (ro) 2009-04-15 2009-04-15 Procedeu de fabricare a diodei de tensiune înaltă

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
MDS20090054A MD176Z (ro) 2009-04-15 2009-04-15 Procedeu de fabricare a diodei de tensiune înaltă

Publications (2)

Publication Number Publication Date
MD176Y true MD176Y (ro) 2010-03-31
MD176Z MD176Z (ro) 2010-10-31

Family

ID=43568948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
MDS20090054A MD176Z (ro) 2009-04-15 2009-04-15 Procedeu de fabricare a diodei de tensiune înaltă

Country Status (1)

Country Link
MD (1) MD176Z (ro)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD196Z (ro) * 2009-04-15 2010-11-30 Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы Coloană de diode de temperatură înaltă

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD3815C2 (ro) * 2007-07-04 2009-08-31 Эдуард ПРОДАН Sistem şi procedeu de alimentare cu apă
MD4182C1 (ro) * 2011-04-15 2013-04-30 Государственный Университет Молд0 Dispozitiv semiconductor cu joncţiune p-n în relief (variante)
MD4261B1 (ro) * 2011-05-12 2013-11-30 Государственный Университет Молд0 Procedeu de fabricare a dispozitivului semiconductor cu joncţiune p-n în relief (variante)
MD972Z (ro) * 2015-02-19 2016-06-30 Государственный Университет Молд0 Procedeu de creştere a structurii p+InP-p-InP-n+CdS pentru celule fotovoltaice

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5986215A (ja) * 1982-11-08 1984-05-18 Mitsubishi Electric Corp ヒ化ガリウム結晶の気相成長方法
JPH01244612A (ja) * 1988-03-25 1989-09-29 Nec Corp 砒化ガリウムの気相成長方法及び気相成長装置
JPH0296327A (ja) * 1988-09-30 1990-04-09 Nec Corp 砒化ガリウムの気相成長方法
SU1589918A1 (ru) * 1989-01-23 1996-11-27 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Способ получения гетероэпитаксиальных слоев арсенида галлия
SU1788871A1 (ru) * 1990-01-12 1996-01-20 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Способ эпитаксиального наращивания слоев ga as на подложках si и устройство для его осуществления
SU1800856A1 (ru) * 1990-05-16 1995-06-19 Научно-исследовательский институт "Пульсар" Способ получения эпитаксиальных структур на подложках арсенида галлия
KR960003850B1 (ko) * 1992-12-04 1996-03-23 재단법인 한국전자통신연구소 알루미늄 비소(AlAs) 보호막을 이용한 화합물 반도체 소자의 제조방법
JP3532972B2 (ja) * 1994-09-08 2004-05-31 株式会社デンソー 化合物半導体装置の製造方法
MD930G2 (ro) * 1997-04-09 1999-01-31 Государственный Университет Молд0 Procedeu de obţinere a straturilor de materiale semiconductoare din fază gazoasă
MD2937C2 (ro) * 2004-02-05 2006-09-30 Производственно-Коммерческая Фирма "Discret Element" Ооо Procedeu de curăţire a utilajului tehnologic de deşeuri după creşterea epitaxiala a straturilor semiconductoare de tipul A3B5
CN100356507C (zh) * 2004-07-09 2007-12-19 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 磷化铟和砷化镓材料的直接键合方法
MD3257G2 (ro) * 2006-03-17 2007-09-30 Производственно-Коммерческая Фирма "Discret Element" Ооо Procedeu de recuperare a galiului şi arsenului din deşeul format după creşterea epitaxială a straturilor semiconductoare de tip A3B5
RU2007106293A (ru) * 2007-02-19 2008-08-27 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт полупроводниковых приборов" (ОАО "НИИПП") (RU) Способ изготовления полупроводникового диода
  • 2009

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD196Z (ro) * 2009-04-15 2010-11-30 Институт Электронной Инженерии И Промышленных Технологий Академии Наук Молдовы Coloană de diode de temperatură înaltă

Also Published As

Publication number Publication date
MD176Z (ro) 2010-10-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103918082B (zh) 肖特基势垒二极管
MD176Y (ro) Procedeu de fabricare a diodei de tensiune inalta
US3703671A (en) Electroluminescent device
Bayraktaroglu Assessment of gallium oxide technology
US20170170025A1 (en) Selective, electrochemical etching of a semiconductor
JPH0383332A (ja) 炭化珪素半導体装置の製造方法
EP1962347A1 (en) Schottky barrier diode and method for using the same
CN108321256A (zh) 一种基于p型透明栅极GaN基紫外探测器的制备方法
CN101160642A (zh) 掺硼的金刚石半导体
CN114093765B (zh) 一种提高碳化硅薄膜少子寿命的方法
CN102779858A (zh) 一种功率二极管器件及其制备方法
US10050133B2 (en) Application of thin insulating film layer in semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN111512421B (zh) 复合寿命的控制方法
CN103839994A (zh) 一种igbt结构及其制作方法
WO2016194216A1 (ja) 半導体装置およびその製造方法、並びにパワーモジュール
CN105789399B (zh) p型宽禁带氧化物和ZnO组合垂直结构发光器件及其制备方法
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 (ru) Способ единовременного получения p-i-n структуры GaAs, имеющей p, i и n области в одном эпитаксиальном слое
CN102386267A (zh) 太阳能电池及其制造方法
MD196Y (ro) Coloana de diode de temperatura inalta
Bose et al. Improved Schottky barrier on n-InP by surface modification
US3074146A (en) Production of unipolar transistors
Selim High-voltage, large-area planar devices
CN205177855U (zh) 一种具有局域金属寿命控制的功率器件

Legal Events

Date Code Title Description
KA4Y Short-term patent lapsed due to non-payment of fees (with right of restoration)