RU2816671C1 - Method of making diamond schottky diode - Google Patents

Method of making diamond schottky diode Download PDF

Info

Publication number
RU2816671C1
RU2816671C1 RU2023131763A RU2023131763A RU2816671C1 RU 2816671 C1 RU2816671 C1 RU 2816671C1 RU 2023131763 A RU2023131763 A RU 2023131763A RU 2023131763 A RU2023131763 A RU 2023131763A RU 2816671 C1 RU2816671 C1 RU 2816671C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diamond
substrate
boron
doped
diode
Prior art date
Application number
RU2023131763A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Александрович Тарелкин
Дмитрий Дмитриевич Приходько
Сергей Геннадьевич Буга
Николай Викторович Лупарев
Антон Владимирович Голованов
Владимир Давыдович Бланк
Геннадий Михайлович Квашнин
Сергей Александрович Терентьев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Индустриальные Углеродные Технологии"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Индустриальные Углеродные Технологии" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Индустриальные Углеродные Технологии"
Application granted granted Critical
Publication of RU2816671C1 publication Critical patent/RU2816671C1/en

Links

Abstract

FIELD: electronic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to electronic engineering and is used in a method for manufacturing a diamond Schottky diode. Method includes preparation by polishing of substrate 2 from synthetic monocrystal 1 of diamond doped with boron, chemical deposition from gas phase on one side of polished substrate 2 of diamond film with low degree of doping with boron, forming an anode on the reverse side of polished substrate 2 in the form of an ohmic contact and forming a cathode with a Schottky contact on the diamond film. Substrate 2 used is a diamond plate cut from growth sectors {001} and/or {113} of diamond monocrystal with cuboctahedral habit, grown by temperature gradient method at high pressure and temperature in high-pressure apparatus of "toroid" type with average level of doping with boron in range of 1017 to 1019 atom/cm3 and degree of compensation of acceptor impurities of not more than 1 %.
EFFECT: reduction of voltage drop on boron-doped substrate 2 when direct current flows through the diode.
1 cl, 2 dwg

Description

Область техникиField of technology

Настоящее изобретение относится к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления полупроводниковых диодов с барьером Шоттки, и может быть использовано в сильно-токовой высоковольтной и твердотельной высокочастотной электронике.The present invention relates to the field of electronic engineering, in particular to the design and manufacturing technology of semiconductor diodes with a Schottky barrier, and can be used in high-current high-voltage and solid-state high-frequency electronics.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

В настоящее время, несмотря на значительные успехи кремниевой электроники, существующие диоды на основе кремния не в состоянии удовлетворить растущие потребности промышленности. Синтетический алмаз по сочетанию важнейших параметров для электронных приборов является одним из самых перспективных широкозонных материалов по следующим причинам:Currently, despite significant advances in silicon electronics, existing silicon-based diodes are not able to meet the growing needs of industry. Based on the combination of the most important parameters for electronic devices, synthetic diamond is one of the most promising wide-gap materials for the following reasons:

- величина критической напряженности электрического поля для алмаза (107 В/см) превышает почти на порядок соответствующие показатели для карбида кремния, что позволяет получать более высокие блокирующие напряжения;- the value of the critical electric field strength for diamond (10 7 V/cm) exceeds by almost an order of magnitude the corresponding indicators for silicon carbide, which makes it possible to obtain higher blocking voltages;

- большая ширина запрещенной зоны приводит к чрезвычайно малым токам утечки в широком диапазоне рабочих температур;- large band gap leads to extremely low leakage currents over a wide range of operating temperatures;

- высокая теплопроводность снижает тепловое сопротивление кристалла и позволяет уменьшать размеры силовых приборов;- high thermal conductivity reduces the thermal resistance of the crystal and makes it possible to reduce the size of power devices;

- химическая инертность и механическая твердость алмаза позволяет создавать надежные приборы для жестких условий эксплуатации;- the chemical inertness and mechanical hardness of diamond makes it possible to create reliable devices for harsh operating conditions;

- радиационная стойкость алмаза позволяет использовать приборы на его основе в условиях естественного космического и искусственного излучений без применения специальных защитных корпусов.- the radiation resistance of diamond allows the use of devices based on it under conditions of natural cosmic and artificial radiation without the use of special protective housings.

Известны способы изготовления полупроводникового диода с барьером Шоттки на основе эпитаксиальной слоистой алмазной структуры (патент США № 6833027 B2, МПК С30В 29/04, опубл. 21.12.2004; патент США № 5352908, МПК H01L 29/48, опубл. 04.10.1994). При реализации подобных способов выполняют следующие операции. Подготавливают рабочую подложку p-типа проводимости из синтетического монокристалла алмаз сильно легированного бором. Далее с помощью метода химического осаждения из газовой фазы на одной из сторон алмазной подложки формируют слой (пленку) слабо легированного (или высокочистого) монокристаллического алмаза. На обратной стороне алмазной подложки формируют анод в виде омического контакта, например, с использованием подслоя из карбидообразующих переходных металлов (титан, тантал, молибден, ванадий и т.д.). На выращенной пленке слабо легированного алмаза формируют катод в виде контакта с барьером Шоттки, например, с использованием благородных металлов (золото, платина, палладий).There are known methods for manufacturing a semiconductor diode with a Schottky barrier based on an epitaxial layered diamond structure (US patent No. 6833027 B2, IPC C30B 29/04, published 12/21/2004; US patent No. 5352908, IPC H01L 29/48, published 10/04/1994) . When implementing such methods, the following operations are performed. A working substrate of p-type conductivity is prepared from a synthetic diamond single crystal heavily doped with boron. Next, using the chemical vapor deposition method, a layer (film) of lightly doped (or high-purity) single-crystal diamond is formed on one side of the diamond substrate. On the back side of the diamond substrate, an anode is formed in the form of an ohmic contact, for example, using a sublayer of carbide-forming transition metals (titanium, tantalum, molybdenum, vanadium, etc.). A cathode is formed on the grown film of lightly doped diamond in the form of contact with the Schottky barrier, for example, using noble metals (gold, platinum, palladium).

Данные способы позволяют получить диоды с барьером Шоттки на основе синтетического алмаза с напряжениями пробоя UMAX не более 20-50 В и величиной токов утечки ILEAK более 10 мА. Кроме того, падение напряжения в открытом состоянии UON у подобных диодов составляет десятки вольт, что ограничивает диапазон рабочих прямых токов ION до десятых долей ампер.These methods make it possible to obtain diodes with a Schottky barrier based on synthetic diamond with breakdown voltages U MAX of no more than 20-50 V and leakage currents I LEAK of more than 10 mA. In addition, the voltage drop in the open state of U ON for such diodes is tens of volts, which limits the range of operating direct currents I ON to tenths of amperes.

Недостатки, связанные с низкими напряжениями пробоя UMAX и высокими токами утечки ILEAK, устраняет известный способ изготовления диода с барьером Шоттки, выбранный за прототип (патент RU 2488912 C2, МПК H01L 21/329, опубл. 27.07.2013). В этом известном способе подготовленную и отполированную подложку из синтетического монокристалла алмаза с высокой степенью легирования бором перед осаждением алмазной пленки с низкой степенью легирования бором дополнительно подвергают операции ионно-плазменного травления для удаления поверхностного слоя толщиной минимум 10 мкм. После осаждения алмазной пленки полученную эпитаксиальную слоистую алмазную структуру отжигают. При этом понижение падения напряжения диода в прямом направлении обусловлено уменьшением толщины переходной области вблизи границы подложка-пленка и удалением примесного водорода из структуры. Увеличение напряжения пробоя UMAX и уменьшение токов утечки ILEAK достигают формированием защитной структуры в виде расширенного электрода специального профиля. Для этого защитный диэлектрический слой формируют из нескольких нанесенных последовательно слоев диэлектриков, отличающихся скоростью травления в процессе формирования окна с помощью литографии, что приводит к формированию расширенного электрода с углом наклона стенки электрода к плоскости алмазной пленки менее 20°.The disadvantages associated with low breakdown voltages U MAX and high leakage currents I LEAK are eliminated by the known method of manufacturing a diode with a Schottky barrier, chosen as a prototype (patent RU 2488912 C2, IPC H01L 21/329, published 07.27.2013). In this known method, a prepared and polished substrate of a synthetic diamond single crystal with a high degree of boron doping is additionally subjected to an ion plasma etching operation to remove a surface layer with a thickness of at least 10 μm before deposition of a diamond film with a low degree of boron doping. After deposition of the diamond film, the resulting epitaxial layered diamond structure is annealed. In this case, the decrease in the diode voltage drop in the forward direction is due to a decrease in the thickness of the transition region near the substrate-film interface and the removal of impurity hydrogen from the structure. An increase in the breakdown voltage U MAX and a decrease in leakage current I LEAK is achieved by forming a protective structure in the form of an expanded electrode with a special profile. To do this, a protective dielectric layer is formed from several layers of dielectrics applied sequentially, differing in the etching rate during the formation of a window using lithography, which leads to the formation of an expanded electrode with an angle of inclination of the electrode wall to the plane of the diamond film of less than 20°.

Это известное техническое решение позволяет создавать диоды Шоттки с различными сочетаниями значений дифференциального сопротивления в открытом состоянии (RON) и напряжениями пробоя (UMAX). Сопротивление в открытом состоянии складывается из сопротивления легированной подложки и сопротивления дрейфового (рабочего) слоя: RON=RSUB+RDRIFT. При этом за счет подбора параметров дрейфового слоя можно подобрать соотношение толщины w_drift и уровня легирования дрейфового слоя B_drift таким, чтобы минимизировать сопротивление RDRIFT для заданного (требуемого) UMAX. Кроме того, существуют альтернативные конструкции диодов, позволяющие дополнительно снизить падение напряжения на дрейфовом слое в прямом направлении. Например, в полезной модели RU174126 U1 МПК: H01L 29/872 заявленное техническое решение, заключается в создании алмазного диода с барьером Шоттки на основе полислойных структур из синтетического монокристалла алмаза, характеризующегося пониженным не менее чем в два раза падением напряжения при протекании тока в прямом направлении.This known technical solution makes it possible to create Schottky diodes with various combinations of differential on-state resistance values (R ON ) and breakdown voltages (U MAX ). The open resistance is the sum of the resistance of the doped substrate and the resistance of the drift (working) layer: R ON =R SUB +R DRIFT . In this case, by selecting the parameters of the drift layer, it is possible to select the ratio of the thickness w_drift and the doping level of the drift layer B_drift such as to minimize the resistance R DRIFT for a given (required) U MAX . In addition, there are alternative diode designs that can further reduce the voltage drop across the forward drift layer. For example, in the utility model RU174126 U1 MPK: H01L 29/872, the claimed technical solution is to create a diamond diode with a Schottky barrier based on multilayer structures from a synthetic diamond single crystal, characterized by a voltage drop reduced by at least two times when current flows in the forward direction .

Во всех случаях сопротивление подложки RSUB остается неизменным и дает вклад в общее сопротивление в открытом состоянии RON. Для высоко-токовых диодов (плотность тока ION > 20 А/см2 при UON = 4 В и менее) сопротивление подложки становится определяющим. Это приводит к высоким резистивным потерям энергии на диодном элементе в момент протекания прямого тока.In all cases, the substrate resistance R SUB remains unchanged and contributes to the total on-state resistance R ON . For high-current diodes (current density I ON > 20 A/cm 2 at U ON = 4 V or less), the substrate resistance becomes decisive. This leads to high resistive energy losses on the diode element when forward current flows.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в понижении падения напряжения на легированной бором подложке при протекании прямого тока через диод.The problem to be solved by the claimed technical solution is to reduce the voltage drop across a boron-doped substrate when direct current flows through the diode.

Указанная задача решается в настоящем изобретении тем, что в способе изготовления алмазного диода Шоттки, включающем подготовку полированием проводящей подложки из синтетического монокристалла алмаза, легированного бором, химическое осаждение из газовой фазы на одну из сторон полированной подложки алмазной пленки с низкой степенью легирования бором, формирование на обратной стороне полированной подложки анода в виде омического контакта и формирование на алмазной пленке катода с контактом в виде барьера Шоттки, согласно настоящему изобретению, в качестве проводящей легированной бором алмазной подложки используют алмазную пластину, вырезанную из ростовых секторов {001} и/или {113} монокристалла алмаза с кубооктаэдрическим габитусом, выращенного методом температурного градиента при высоких давлении и температуре в аппаратах высокого давления типа «тороид» со средним уровнем легирования бором в диапазоне от 1017 до 1019 атом/см3 и степенью компенсации акцепторной примеси не более 1%.This problem is solved in the present invention by the fact that in the method of manufacturing a diamond Schottky diode, including preparing a conductive substrate from a synthetic single crystal of diamond doped with boron by polishing, chemical vapor deposition on one side of the polished substrate of a diamond film with a low degree of boron doping, forming on on the back side of the polished anode substrate in the form of an ohmic contact and the formation of a cathode on the diamond film with a contact in the form of a Schottky barrier, according to the present invention, a diamond plate cut from growth sectors {001} and/or {113} is used as a conducting boron-doped diamond substrate a single crystal of diamond with a cuboctahedral habit, grown by the temperature gradient method at high pressure and temperature in high-pressure apparatuses of the “toroid” type with an average level of boron doping in the range from 10 17 to 10 19 atoms/cm 3 and a degree of compensation of acceptor impurity of no more than 1%.

Кроме того, согласно одному из вариантов настоящего изобретения, перед формированием омического контакта производят дополнительное утонение алмазной подложки с использованием травления в плазме до толщины от 50 до 5 мкм.In addition, according to one embodiment of the present invention, before forming the ohmic contact, the diamond substrate is further thinned using plasma etching to a thickness of 50 to 5 μm.

Для изготовления подложек алмазных диодов Шоттки с вертикальной геометрией используют объемные легированные бором алмазные монокристаллы. При росте кристалла по методу температурного градиента при высоких давлении и температуре (TG-HPHT) легирование происходит за счет захвата примеси через ростовые грани кристалла. При этом скорости захвата примесей определяются поверхностной энергией и кинетикой присоединения атомов углерода и примесей на конкретной ростовой грани. Известно, что при среднем уровне легирования алмаза бором в диапазоне 1017-1019 атом/см3 происходит рост кристаллов кубооктаэдрического габитуса (в облике кристалла во время всего синтеза присутствуют грани или ростовые сектора {001}, {113}, {111}). Проведенные авторами настоящего изобретения исследования показали, что ростовые сектора {001} и {113} кристаллов демонстрируют в 25 раз меньшее удельное сопротивление при комнатной температуре за счет пониженной (не более 1%) степени компенсации акцепторной примеси (другими словами, степени компенсации основной примеси паразитными донорными примесями). Это происходит вероятно из-за того, что соотношение скорости захвата бор/азот на секторах {001}, {113} выше, чем на секторе {111}. Малая степень компенсации приводит к сравнительно большой степени ионизации примеси (высокой концентрации свободных носителей заряда) уже при комнатной температуре, что в свою очередь обеспечивает малое удельное сопротивление алмазной пластины, не более 5 Ом×см.To produce substrates for diamond Schottky diodes with vertical geometry, bulk boron-doped diamond single crystals are used. During crystal growth using the temperature gradient method at high pressure and temperature (TG-HPHT), doping occurs due to the capture of impurities through the growth faces of the crystal. In this case, the rates of impurity capture are determined by the surface energy and the kinetics of the addition of carbon atoms and impurities on a specific growth face. It is known that at an average level of doping of diamond with boron in the range of 10 17 -10 19 atom/cm 3 , the growth of crystals of cuboctahedral habit occurs (the appearance of the crystal during the entire synthesis contains faces or growth sectors {001}, {113}, {111}) . Studies carried out by the authors of the present invention have shown that the growth sectors {001} and {113} of crystals demonstrate 25 times lower resistivity at room temperature due to a reduced (no more than 1%) degree of compensation of the acceptor impurity (in other words, the degree of compensation of the main impurity by parasitic donor impurities). This is probably due to the fact that the boron/nitrogen capture rate ratio in the {001}, {113} sectors is higher than in the {111} sector. A low degree of compensation leads to a relatively high degree of ionization of the impurity (high concentration of free charge carriers) already at room temperature, which in turn ensures a low resistivity of the diamond plate, no more than 5 Ohm×cm.

В процессе роста гомоэпитаксиального алмазного слоя дислокации, присутствующие в монокристаллической алмазной подложке, неизбежно наследуются в растущий слой. Вертикальные сквозные дислокации в гомо-эпитаксиальном слое приводят к увеличению токов утечки диода (ILEAK). В свою очередь, было обнаружено, что сектора роста {001} и {113} легированного бором монокристалла алмаза кубооктаэдрического габитуса имеют лучшее кристаллическое совершенство и меньшую концентрацию дислокаций.During the growth of a homoepitaxial diamond layer, dislocations present in the single-crystal diamond substrate are inevitably inherited into the growing layer. Vertical through dislocations in the homo-epitaxial layer lead to an increase in diode leakage currents ( ILEAK ). In turn, it was found that the growth sectors {001} and {113} of a boron-doped diamond single crystal with a cuboctahedral habit have better crystalline perfection and a lower dislocation concentration.

Таким образом, настоящее изобретение основано на том, что при изготовлении диода Шоттки используют подложку из синтетического монокристалла алмаза с малым удельным сопротивлением и высоким структурным совершенством, что достигается за счет выбора ростовых секторов {001}, {113} (областей) объемного легированного бором монокристалла алмаза кубооктаэдрического габитуса, из которых вырезают подложку.Thus, the present invention is based on the fact that in the manufacture of a Schottky diode, a substrate is used from a synthetic diamond single crystal with low resistivity and high structural perfection, which is achieved through the selection of growth sectors {001}, {113} (regions) of a bulk boron-doped single crystal diamond of cuboctahedral habit, from which the substrate is cut.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Изобретение поясняется чертежами, на которых:The invention is illustrated by drawings, in which:

Фиг. 1 - схема раскроя алмазного легированного монокристалла кубооктаэдрического габитуса для подготовки пластины-подложки, используемой в способе по настоящему изобретению;Fig. 1 is a diagram of cutting a diamond doped single crystal of cuboctahedral habit to prepare the substrate plate used in the method of the present invention;

Фиг. 2 - схема алмазного диода Шоттки, изготовленного способом по настоящему изобретению.Fig. 2 is a diagram of a diamond Schottky diode manufactured by the method of the present invention.

Осуществление изобретенияCarrying out the invention

Способ по настоящему изобретению осуществляют следующим образом.The method of the present invention is carried out as follows.

Выращивают синтетический монокристалл 1 алмаза с кубооктаэдрическим габитусом методом температурного градиента при высоких давлении и температуре в аппаратах высокого давления типа «тороид». Средний уровень легирования алмаза бором составляет от 1017 до 1019 атом/см3, а степень компенсации акцепторной примеси в алмазе составляет не более 1%. Из ростовых секторов {001} и/или {113} выращенного монокристалла 1 вырезают алмазную пластину, которую затем используют в качестве проводящей легированной бором алмазной подложки 2. Схема раскроя такого монокристалла 1 показана на фиг. 1. Подложку 2 полируют.A synthetic single crystal of diamond with a cuboctahedral habit is grown using the temperature gradient method at high pressure and temperature in high-pressure toroid-type apparatuses. The average level of boron doping of diamond is from 10 17 to 10 19 atom/cm 3 , and the degree of compensation for the acceptor impurity in diamond is no more than 1%. A diamond plate is cut out from the growth sectors {001} and/or {113} of the grown single crystal 1, which is then used as a conducting boron-doped diamond substrate 2. The cutting diagram for such a single crystal 1 is shown in Fig. 1. The substrate 2 is polished.

На одну из сторон полированной подложки 2 методом химического осаждения из газовой фазы наносят алмазную пленку 3 с низкой степенью легирования бором. На другой (обратной) стороне полированной подложки 2 формируют анод в виде омического контакта 4. На алмазную пленку 3 наносят катод 5 с контактом в виде барьера Шоттки 6.A diamond film 3 with a low degree of boron doping is applied to one side of the polished substrate 2 using chemical vapor deposition. On the other (reverse) side of the polished substrate 2, an anode is formed in the form of an ohmic contact 4. A cathode 5 with a contact in the form of a Schottky barrier 6 is applied to the diamond film 3.

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Пример.Example.

Синтетический алмазный монокристалл 1 кубооктаэдрического габитуса типа IIb выращивают методом температурного градиента при высоких давлении и температуре (t=1500°C, p=5,5 ГПа) в ростовой среде Fe-Al-C-B с необходимой добавкой бора в концентрации 4×1017 атом/см3 и степенью компенсации акцепторной примеси не более 1%. Из ростовых секторов {001} и/или {113} выращенного монокристалла 1 с использованием лазерного раскроя (автоматизированная система с наносекундным лазером) вырезают пластину кристаллографической ориентации (001) размерами 4×4 мм. Вырезанную пластину полируют с обеих сторон с утонением до толщины 0,1-0,2 мм. Полировку проводят с использованием оборудования фирмы Dialit (Израиль) для высококачественной механической шлифовки и полировки поли- и монокристаллов алмазов. Полученную полированную пластину используют в качестве среднелегированной монокристаллической p+ алмазной подложки 2 для изготовления диода Шоттки. Такая подложка обладает удельным сопротивлением при комнатной температуре ρ = 4,7 Ом×см. На поверхности подложки 2 выращивают гомоэпитаксиальный монокристаллический слой p- алмазной пленки 3 толщиной 6 мкм в установке для газофазного осаждения с использованием ВЧ плазмы. Концентрация бора в слое p- составляет 1×1016 атом/см3. На противоположной поверхности среднелегированной подложки p+ размещают анод в виде омического трехслойного контакта 4 размером 3,3×3,3 мм (площадь 0,1 см2), путем последовательного вакуумного магнетронного напыления слоя титана (30 нм, 200 Вт, 10 мин) с отжигом при 800°С в вакууме, слоя платины (50 нм, 100 Вт, 5 мин) и слоя золота (150 нм, 100 Вт, 5 мин). На поверхности слаболегированного слоя p- алмазной пленки 3 путем вакуумного магнетронного напыления платины (50 нм, 150 Вт, 5 мин) формируют катод 5 в виде металлического контакта размером 3,3×3,3 мм с барьером Шоттки. Synthetic diamond single crystal 1 cuboctahedral habit type IIb is grown by the temperature gradient method at high pressure and temperature (t=1500°C, p=5.5 GPa) in a Fe-Al-CB growth medium with the necessary addition of boron in a concentration of 4×10 17 atom /cm 3 and the degree of compensation for acceptor impurities is no more than 1%. From the growth sectors {001} and/or {113} of the grown single crystal 1, a plate of crystallographic orientation (001) with dimensions of 4×4 mm is cut out using laser cutting (an automated system with a nanosecond laser). The cut plate is polished on both sides and thinned to a thickness of 0.1-0.2 mm. Polishing is carried out using equipment from Dialit (Israel) for high-quality mechanical grinding and polishing of poly- and single crystals of diamonds. The resulting polished plate is used as a medium-doped single-crystal p+ diamond substrate 2 for the manufacture of a Schottky diode. Such a substrate has a resistivity at room temperature of ρ = 4.7 Ohm×cm. On the surface of the substrate 2, a homoepitaxial single-crystal layer of p-diamond film 3 with a thickness of 6 μm is grown in a device for gas-phase deposition using RF plasma. The boron concentration in the p- layer is 1×10 16 atom/cm 3 . On the opposite surface of the medium-doped p+ substrate, an anode is placed in the form of an ohmic three-layer contact 4 measuring 3.3×3.3 mm (area 0.1 cm 2 ), by sequential vacuum magnetron sputtering of a titanium layer (30 nm, 200 W, 10 min) with annealing at 800°C in vacuum, a platinum layer (50 nm, 100 W, 5 min) and a gold layer (150 nm, 100 W, 5 min). On the surface of a lightly doped layer of p-diamond film 3, by vacuum magnetron sputtering of platinum (50 nm, 150 W, 5 min), a cathode 5 is formed in the form of a metal contact 3.3 × 3.3 mm in size with a Schottky barrier.

Использование среднелегированной бором подложки 2, вырезанной из ростовых секторов {001} и/или {113} объемного легированного бором монокристалла 1 алмаза кубооктаэдрического габитуса, значительно понижает последовательное сопротивление диода в открытом состоянии RON (не менее чем в 2 раза) и, следовательно, снижает прямое падение напряжения UON. Кроме того, подложка, вырезанная из ростовых секторов {001} и/или {113} объемного легированного бором монокристалла алмаза кубооктаэдрического габитуса, обладает высоким кристаллическим совершенством (концентрация дислокаций 102 см-2 и менее). Это позволяет выращивать на указанной подложке гомоэпитаксиальную алмазную пленку 3 с высоким кристаллическим совершенством, которая обеспечивает пониженные токи утечки и повышенное напряжение пробоя диода Шоттки в закрытом состоянии. В совокупности это приводит к пониженным электрическим (омическим) потерям при использовании диода в силовых электрических цепях.The use of a medium-boron-doped substrate 2, cut from the growth sectors {001} and/or {113} of a bulk boron-doped diamond single crystal 1 of cuboctahedral habit, significantly reduces the series resistance of the diode in the on-state R ON (by at least 2 times) and, therefore, reduces the forward voltage drop U ON . In addition, the substrate, cut from the growth sectors {001} and/or {113} of a bulk boron-doped diamond single crystal of cuboctahedral habit, has high crystalline perfection (dislocation concentration 10 2 cm -2 or less). This makes it possible to grow on the specified substrate a homoepitaxial diamond film 3 with high crystalline perfection, which provides reduced leakage currents and increased breakdown voltage of the Schottky diode in the closed state. Taken together, this leads to reduced electrical (ohmic) losses when using a diode in power electrical circuits.

Дополнительного снижения последовательного сопротивления RSUB, вносимого легированной бором подложкой 1, можно достичь путем ее утонения. Пределом механической полировки пластины алмаза считают толщину 100 мкм. Дальнейшее утонение обеспечивают плазменным травлением в плазме, например, во фторсодержащей плазме) до толщины от 50 до 5 мкм.An additional reduction in the series resistance R SUB introduced by the boron-doped substrate 1 can be achieved by thinning it. The limit of mechanical polishing of a diamond plate is considered to be 100 microns thick. Further thinning is achieved by plasma etching in a plasma, for example, in a fluorine-containing plasma) to a thickness of 50 to 5 μm.

Алмазный диод с барьером Шоттки, изготовленный способом по настоящему изобретению, характеризуется прямым падением напряжения 4В при протекании прямого тока ION = 10 А, что соответствует плотности тока JON = 100 А/см2. Высокие значения прямого тока достигаются за счет резистивного саморазогрева устройства. Таким образом, достигнуто более чем двукратное увеличение прямого тока при напряжении UON = 4 В по сравнению с алмазным диодом с барьером Шоттки, изготовленным способом по патенту RU 2488912.A diamond Schottky barrier diode manufactured by the method of the present invention has a forward voltage drop of 4 V when a forward current I ON = 10 A flows, which corresponds to a current density J ON = 100 A/cm 2 . High forward current values are achieved due to resistive self-heating of the device. Thus, a more than twofold increase in forward current was achieved at a voltage U ON = 4 V compared to a diamond diode with a Schottky barrier manufactured using the method according to patent RU 2488912.

Claims (2)

1. Способ изготовления алмазного диода Шоттки, включающий подготовку полированием подложки из синтетического монокристалла алмаза, легированного бором, химическое осаждение из газовой фазы на одну из сторон полированной подложки алмазной пленки с низкой степенью легирования бором, формирование на обратной стороне полированной подложки анода в виде омического контакта и формирование на алмазной пленке катода с контактом Шоттки, отличающийся тем, что в качестве проводящей легированной бором алмазной подложки используют алмазную пластину, вырезанную из ростовых секторов {001} и/или {113} монокристалла алмаза с кубооктаэдрическим габитусом, выращенного методом температурного градиента при высоких давлении и температуре в аппаратах высокого давления типа «тороид» со средним уровнем легирования бором в диапазоне от 1017 до 1019 атом/см3 и степенью компенсации акцепторной примеси не более 1%.1. A method for manufacturing a diamond Schottky diode, including preparing a substrate from a synthetic single crystal of diamond doped with boron by polishing, chemical vapor deposition of a diamond film with a low degree of boron doping on one side of the polished substrate, and forming an anode in the form of an ohmic contact on the reverse side of the polished substrate. and forming a cathode with a Schottky contact on the diamond film, characterized in that a diamond plate cut from the growth sectors {001} and/or {113} of a diamond single crystal with a cuboctahedral habit, grown by the temperature gradient method at high temperatures, is used as a conducting boron-doped diamond substrate. pressure and temperature in high-pressure apparatuses of the “toroid” type with an average level of boron doping in the range from 10 17 to 10 19 atom/cm 3 and the degree of compensation for acceptor impurities of no more than 1%. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед формированием омического контакта производят дополнительное утонение алмазной подложки с использованием травления в плазме до толщины от 50 до 5 мкм.2. The method according to claim 1, characterized in that before the formation of the ohmic contact, the diamond substrate is additionally thinned using plasma etching to a thickness of 50 to 5 μm.
RU2023131763A 2023-12-04 Method of making diamond schottky diode RU2816671C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816671C1 true RU2816671C1 (en) 2024-04-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833027B2 (en) * 2001-09-26 2004-12-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of manufacturing high voltage schottky diamond diodes with low boron doping
US20120193644A1 (en) * 2005-01-26 2012-08-02 Apollo Diamond, Inc Boron-doped diamond semiconductor
RU2488912C2 (en) * 2011-07-07 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method to manufacture schottky diode
RU174126U1 (en) * 2016-12-27 2017-10-03 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Diamond Schottky Barrier Diode

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6833027B2 (en) * 2001-09-26 2004-12-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method of manufacturing high voltage schottky diamond diodes with low boron doping
US20120193644A1 (en) * 2005-01-26 2012-08-02 Apollo Diamond, Inc Boron-doped diamond semiconductor
RU2488912C2 (en) * 2011-07-07 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ Method to manufacture schottky diode
RU174126U1 (en) * 2016-12-27 2017-10-03 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов" (ФГБНУ ТИСНУМ) Diamond Schottky Barrier Diode

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7037142B2 (en) diode
KR100853991B1 (en) Bipolar Semiconductor Device and Process for Producing the Same
Twitchen et al. High-voltage single-crystal diamond diodes
Bormashov et al. Thin large area vertical Schottky barrier diamond diodes with low on-resistance made by ion-beam assisted lift-off technique
US7507650B2 (en) Process for producing Schottky junction type semiconductor device
WO2010131572A1 (en) Semiconductor device
Foti Silicon carbide: from amorphous to crystalline material
JP4844330B2 (en) Silicon carbide semiconductor device manufacturing method and silicon carbide semiconductor device
EP2221859A1 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
EP1933386B1 (en) Process for producing silicon carbide semiconductor device
WO2018159350A1 (en) Schottky barrier diode
JP6991503B2 (en) Schottky barrier diode
JP4879507B2 (en) Bipolar semiconductor device forward voltage recovery method, stacking fault reduction method, and bipolar semiconductor device
KR20080096543A (en) Schottky junction type semiconductor element and method for manufacturing same
Lingaparthi et al. Effects of oxygen annealing of β-Ga2O3 epilayers on the properties of vertical Schottky barrier diodes
JP3755904B2 (en) Diamond rectifier
RU2816671C1 (en) Method of making diamond schottky diode
CN110462112B (en) Silicon carbide substrate, method for producing silicon carbide substrate, and method for producing silicon carbide semiconductor device
RU174126U1 (en) Diamond Schottky Barrier Diode
US20040217457A1 (en) System and method for fabricating diodes
Liu et al. GaN Schottky barrier diodes on free-standing GaN wafer
JP2008235767A (en) Semiconductor element and method of manufacturing the same
WO2012050157A1 (en) Diamond electronic element and process for production thereof
JP2007027630A (en) Bipolar semiconductor device and its manufacturing method
CN112382670B (en) Avalanche diode based on high-purity intrinsic monocrystalline diamond and preparation method