RU188360U1 - ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД - Google Patents
ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД Download PDFInfo
- Publication number
- RU188360U1 RU188360U1 RU2018146707U RU2018146707U RU188360U1 RU 188360 U1 RU188360 U1 RU 188360U1 RU 2018146707 U RU2018146707 U RU 2018146707U RU 2018146707 U RU2018146707 U RU 2018146707U RU 188360 U1 RU188360 U1 RU 188360U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diode
- layer
- schottky
- type
- type conductivity
- Prior art date
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 10
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
- H01L29/872—Schottky diodes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Интегрированный Шоттки-pn диод содержит сильнолегированную подложку (1) n-типа проводимости, на одной стороне которой выращен эпитаксиальный слой (2) no-типа проводимости, структура из планарных p-n переходов (3) в слое (2) no-типа проводимости, интегрированных с контактом (4) Шоттки, расположенном на слое (2) no-типа проводимости, и омический контакт (6) на другой стороне подложки (1). Диод выполнен из карбида кремния политипа 4H, а вне контура контакта (4) Шоттки сформирована полуизолирущая область (5) на глубину слоя (2) no-типа проводимости. Интегрированный Шоттки-pn диод работает в лавинном режиме при большей величине электрического напряжения. 1 ил.
Description
Полезная модель относится к силовой полупроводниковой электронике, в частности к конструкции чипов диодов на основе карбида кремния и может использоваться в электронных схемах для защиты от перенапряжения, стабилизации напряжения источников питания, а также в качестве источников опорного напряжения.
Лавинные диоды являются разновидностью выпрямительных диодов, допускающих работу в области электрического лавинного пробоя. Эта особенность позволяет эффективно применять лавинные диоды в качестве элементов защиты цепей аппаратуры от импульсных перегрузок по напряжению. Создание лавинного диода является сложной задачей, связанной с одновременным решением нескольких технических вопросов. С точки зрения физики работы прибора, необходимо добиться ситуации, когда электрическое поле в диоде при обратном смещении будет однородно, без значительной концентрации силовых линий в небольших областях объема диода. В этом случае пробой будет осуществляться по всему объему базы диода без деструктивных последствий. Для получения такого результата необходимо решить две задачи: создать эффективную охранную систему на краю анодного контакта и избежать высоких допробойных токов утечки. В настоящее время широко распространено использование лавинных диодов на основе кремния и арсенида галлия.
Известно, что допробойные токи утечки в pn-диодах, как правило, заметно меньше, чем в диодах на основе переходов металл-полупроводник. Так известен лавинно-пролетный диод со структурой n+-n-p+(см. патент RU 2168800, МПК H01L 29/864, опубликован 10.06.2001), содержащий первый металлический контакт, вырожденный монокристаллический кремниевый слой n+типа проводимости, активный монокристаллический кремниевый слой n типа проводимости, вырожденный монокристаллический кремниевый слой p+типа проводимости и второй многослойный металлический контакт. Первый металлический контакт выполнен в виде монокристаллического цилиндра из немагнитного металла с объемно-центированной или гранецентрированной решеткой с гранями (111) или (100) и температурой плавления выше температуры плавления кремния. На внешней поверхности первого металлического контакта выращен вырожденный монокристаллический кремниевый слой n+типа проводимости цилиндрической формы, на внешней поверхности которого последовательно сформированы имеющие цилиндрическую форму активный монокристаллический кремниевый слой n типа проводимости и вырожденный монокристаллический кремниевый слой p+типа проводимости, поверх которого нанесен второй металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных немагнитных металлов. Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока.
Недостатком известного лавинно-пролетного диода являются низкие температуры работы и невысокие напряжения пробоя из-за использования в качестве материала диода кремния - полупроводника с небольшой шириной запрещенной зоны, а так же конструктивных особенностей, связанных с применением данного диода в СВЧ-технике.
В диодах на основе широкозонных материалов использование структур pin-диодов ведет к большим энергетическим потерям при протекании тока в прямом направлении из-за большой контактной разности потенциала pn-перехода. Для уменьшения падения напряжения при протекании прямого тока в диодах на основе карбида кремния вместо структур pin-диодов создают структуры на основе контактов Шоттки. Величина барьерного потенциала контакта Шоттки заметно меньше (0.7-1.5 эВ - в зависимости от использованного метала), чем контактная разность потенциалов pn-перехода. Однако в случае контакта Шоттки максимальное электрическое поле оказывается на границе метал-полупроводник, что приводит к высоким допробойным утечкам.
Поэтому эффективным оказывается использование интегрированных Шоттки-pn переходов. Падение напряжения при протекании тока в прямом направлении в таких диодах лишь немногим больше, чем в диодах Шоттки, а поведение при обратном смещении повторяет поведение pin-диодов.
Известен интегрированный Шоттки-pn диод (см. патент RU 2390880, МПК H01L 29/872, опубликован 27.05.2010), включающий сильнолегированную подложку из карбида кремния n-типа проводимости, эпитаксиальный слой из карбида кремния n-типа проводимости толщиной (10-13) мкм с концентрацией примеси (1-2)1015 см-3, расположенный на ее верхней стороне, и никелевый омический контакт на обратной стороне подложки. Выполненные в эпитаксиальном слое планарные p-n-переходы с легированными бором p-областями с определенной одинаковой глубиной залегания. Часть p-n-переходов расположена под никелевым Шоттки контактом. Остальные p-n-переходы выполнены в виде покрытой слоем оксида кремния охранной структуры, состоящей из основного p-n-перехода и плавающих охранных колец. Все p-n-переходы в области металлургической границы имеют диффузионный профиль распределения примесей, а отношение глубины их залегания к толщине эпитаксиального слоя удовлетворяет определенному соотношению.
Известный интегрированный Шоттки-pn диод выдерживает обратное напряжение 1800 В, но в нем пробой происходит по краю охранной системы и носит деструктивных характер.
Известен интегрированный Шоттки-pn диод (см. патент RU 157852, МПК H01L 29/872, опубликован 20.12.2015), состоящий из эпитаксиальной структуры, рабочая сторона которого покрыта слоем диэлектрика, контактного окна анода в слое диэлектрика, распределенных рядов полос локальных планарных p-n-переходов в контактном окне анода. Локальные планарные переходы выполнены в виде прямоугольников, размеры которых выбирают из определенных соотношений. Соседние ряды полос прямоугольников располагают в шахматном порядке вдоль их длинной стороны, расстояние между полосами p-n-переходов выбирают из определенного соотношения.
Недостатком известного интегрированного Шоттки-pn диода является то, что он не может работать в лавинном режиме без деструкции.
Известен дрейфовый диод с резким восстановлением (см. патент RU 172077, МПК H01L 29/861, опубликован 28.06.2017), включающий сильнолегированную подложку n+-типа проводимости, на которой эпитаксиально выращены слаболегированный слой no-типа проводимости, слой p-типа проводимости и сильнолегированный слой p+-типа проводимости. На верхней стороне слоя p+-типа проводимости и на нижней стороне подложки сформированы соответственно анодный и катодный омические контакты. В слое p+-типа проводимости, в слое p-типа проводимости и в слое no-типа проводимости вне контура анодного омического контакта сформирована полуизолирующая область.
В известном дрейфовом диоде конструкция охранной системы позволила исключить краевой пробой, а pn-переход позволил добиться однородного пробоя по объему кристалла, сделав возможным работу диода в лавинном режиме. Недостатком известного дрейфового диода является использование pin структуры, следствием чего является большое падение напряжения на диоде при протекании тока в прямом направлении (а, следовательно, и большая потеря энергии).
Известен интегрированный Шоттки-pn диод (см. патент US 9865749, МПК H01L 21/28, H01L 29/06, H01L 29/868, H01L 29/872, опубликован 09.01.2018), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Шоттки-pn диод-прототип включает сильнолегированную подложку из кремния n-типа проводимости, на одной стороне которой эпитаксиально выращен слой из кремния no-типа проводимости, структура из планарных p-n-переходов в слое no-типа проводимости, интегрированных с контактом Шоттки, слой оксида кремния, которым закрыт верх эпитаксиального слоя вне p-n-переходов, и омический контакт на другой стороне подложки
Известный интегрированный Шоттки-pn диод способен работать в лавинном режиме, однако лишь на небольших электрических напряжениях - до 400 В.
Задачей настоящего технического решения являлась разработка интегрированного Шоттки-pn диода, который бы работал в лавинном режиме при большей величине электрического напряжения.
Поставленная задача решается тем, что интегрированный Шоттки-pn диод содержит сильнолегированную подложку n-типа проводимости, на одной стороне которой выращены эпитаксиальный слой no-типа проводимости, структура из планарных р-n переходов в слое no-типа проводимости, интегрированных с контактом Шоттки, расположенном на слое no-типа проводимости, и омический контакт на другой стороне подложки. Диод выполнен из карбида кремния политипа 4Н, а вне контура контакта Шоттки сформирована полуизолирущая область на глубину слоя no-типа проводимости.
Настоящий интегрированный Шоттки-pn диод поясняется чертежом, на котором показана в поперечном разрезе структура интегрированного Шоттки-pn диоде.
Диод включает сильнолегированную подложку в виде пластины 1 из 4H-SiC n-типа проводимости, на которой эпитаксиально выращен слой 2 no-типа проводимости, например, с концентрацией примеси (1-10)⋅1015 см-3 и толщиной (10-100) мкм. В слое 2 расположена выполненная из бора структура из планарных р-n переходов 3, интегрированная с контактом 4 Шоттки. Вне контура контакта 4 Шоттки сформирована полуизолирующая область 5 на глубину слоя 2 n0-типа проводимости. На другой стороне пластины 1 сформирован омический контакт 6. В настоящем п интегрированном Шоттки-pn диоде пробивные поля увеличены в несколько раз, что позволяет достичь существенно более высоких значений напряжения лавинного пробоя. При этом охранная функция полуизолирующей области 5 оказывается эффективной для того, чтобы защитить диод от краевого пробоя вплоть до образования лавины в подконтактном объеме диода.
Пример. В соответствии с настоящей полезной моделью был изготовлен диод на основе коммерческой 4H-SiC пластины со сформированной структурой соответствующих слоев. Удельное сопротивление сильно легированной подложки n-типа проводимости составляло 0,02 Омсм, а ее толщина 350 мкм. Выращенный газофазной эпитаксией слой no-типа проводимости имел толщину 20 мкм и концентрацию доноров 5⋅1015 см-3. В эпитаксиальном слое no-типа проводимости имплантацией бора сформирована структура из планарных p-n переходов глубиной 2 мкм, шириной 10 мкм и интервалом 5 мкм. Поверх эпитаксиального слоя no-типе проводимости сформирован контакт Шоттки из титана площадью 1⋅10-2 см2. На другой стороне подложки был сформирован омический контакт. Вне контура контакта Шоттки была сформирована охранная полуизолирующая область. По сравнению с диодом-прототипом настоящий диод показал напряжение лавинного пробоя 1560 В, что примерно в 4 раза выше, чем у диода-прототипа.
Claims (1)
- Интегрированный Шоттки-pn диод, включающий сильнолегированную подложку n-типа проводимости, на одной стороне которой выращен эпитаксиальный слой no-типа проводимости, структура из р-n переходов в слое no-типа проводимости, интегрированных с контактом Шоттки, расположенном на слое no-типа проводимости, и омический контакт на другой стороне подложки, отличающийся тем, что диод выполнен из карбида кремния политипа 4Н, а вне контура контакта Шоттки сформирована полуизолирущая область на глубину слоя no-типа проводимости.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146707U RU188360U1 (ru) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018146707U RU188360U1 (ru) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU188360U1 true RU188360U1 (ru) | 2019-04-09 |
Family
ID=66087831
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018146707U RU188360U1 (ru) | 2018-12-25 | 2018-12-25 | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU188360U1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| RU140005U1 (ru) * | 2013-12-24 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политип" | Высоковольтный интегрированный шоттки-pn диод на основе карбида кремния |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
| RU160937U1 (ru) * | 2015-12-07 | 2016-04-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД |
| US9865749B1 (en) * | 2004-01-27 | 2018-01-09 | Siliconix Technology C. V. | Merged P-i-N Schottky structure |
-
2018
- 2018-12-25 RU RU2018146707U patent/RU188360U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9865749B1 (en) * | 2004-01-27 | 2018-01-09 | Siliconix Technology C. V. | Merged P-i-N Schottky structure |
| RU2390880C1 (ru) * | 2009-05-25 | 2010-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Мегаимпульс" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ |
| RU140005U1 (ru) * | 2013-12-24 | 2014-04-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Политип" | Высоковольтный интегрированный шоттки-pn диод на основе карбида кремния |
| RU157852U1 (ru) * | 2015-07-10 | 2015-12-20 | Зао "Группа Кремний Эл" | Силовой диод шоттки на карбиде кремния |
| RU160937U1 (ru) * | 2015-12-07 | 2016-04-10 | Зао "Группа Кремний Эл" | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ p-n ДИОД |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9064779B2 (en) | Semiconductor rectifier | |
| KR102343716B1 (ko) | 트렌치 mos형 쇼트키 다이오드 | |
| Kizilyalli et al. | High voltage vertical GaN pn diodes with avalanche capability | |
| US6362495B1 (en) | Dual-metal-trench silicon carbide Schottky pinch rectifier | |
| AU2007248544B2 (en) | Semiconductor device with surge current protection and method of making the same | |
| US8896084B2 (en) | Semiconductor device | |
| US9117739B2 (en) | Semiconductor devices with heterojunction barrier regions and methods of fabricating same | |
| US6313482B1 (en) | Silicon carbide power devices having trench-based silicon carbide charge coupling regions therein | |
| KR101774124B1 (ko) | 반도체 장치들 및 그것을 제조하는 방법 | |
| US20070228505A1 (en) | Junction barrier schottky rectifiers having epitaxially grown p+-n junctions and methods of making | |
| JP5990204B2 (ja) | 重なったドープ領域を有するショットキーダイオードを含む半導体デバイス及びその製造方法 | |
| US10121909B2 (en) | Power semiconductor rectifier with controllable on-state voltage | |
| Schoen et al. | A dual-metal-trench Schottky pinch-rectifier in 4H-SiC | |
| US9368650B1 (en) | SiC junction barrier controlled schottky rectifier | |
| CA2733710A1 (en) | Vertical junction field effect transistor with mesa termination and method of making the same | |
| RU2390880C1 (ru) | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД НА ОСНОВЕ КАРБИДА КРЕМНИЯ | |
| US10529867B1 (en) | Schottky diode having double p-type epitaxial layers with high breakdown voltage and surge current capability | |
| EP3940792A1 (en) | Wide band gap semiconductor electronic device comprising a jbs diode having improved electrical characteristics and manufacturing method thereof | |
| RU157852U1 (ru) | Силовой диод шоттки на карбиде кремния | |
| US20210098579A1 (en) | Schottky diode with high breakdown voltage and surge current capability using double p-type epitaxial layers | |
| RU188360U1 (ru) | ИНТЕГРИРОВАННЫЙ ШОТТКИ-pn ДИОД | |
| EP2154726A2 (en) | A method for producing a JBS diode | |
| CN112216746B (zh) | 碳化硅半导体器件 | |
| Planson et al. | Periphery protection for silicon carbide devices: state of the art and simulation | |
| CN115485859A (zh) | 具有增强紧固性的碳化硅结势垒肖特基二极管 |