一种基于电子辐照控制PN结缺陷能级的方法与流程

本技术涉及辐照改性领域。主要应用于使用电子辐照控制pn结中缺陷能级参数。

背景技术：

随着功率开关器件工作频率不断提高，对与之并联的的快恢复二极管的开关速度和综合性能的要求也在不断提高。电子辐照改性技术因其具有一致性好、工艺简单、成本低等优点已代替掺金、掺铂工艺成为常用器件性能优化技术之一。对二极管的性能优化主要目标是使用不同的寿命控制技术，通过在禁带中引入缺陷能级作为复合中心，从而降低少数载流子寿命，提高开关速度，同时需要保证其他性能的退化程度不影响使用要求，得到良好的折中关系。

目前对电子辐照改性二极管的方法主要集中于使用同一辐照能量，改变不同的辐照时间，即辐照注量关系，配合不同的退火温度，测试器件的少子寿命及电学性能变化关系。但实际影响被辐照器件性能的关键在于pn结中引入缺陷能级的位置和浓度等参数，缺陷能级位置越靠近禁带中央，缺陷浓度越高，复合作用越明显，器件的少子寿命越低，但其他性能退化越严重。如果可以对缺陷能级实现精确控制，则可以按照生产需求定向优化器件的各项性能。

技术实现要素：

本发明技术的目的提供一种基于电子辐照控制pn结缺陷能级的方法，可以通过改变电子辐照条件控制缺陷能级位置、浓度等参数，重复性好，在进行前期测试后可以进行批量加工，实现按照生产需求定向优化器件各项性能的目标。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于电子辐照控制pn结缺陷能级的方法，该方法的步骤为：

(1)一次加工前的摸底实验，根据辐照条件对器件进行分组；

(2)按照辐照条件对器件进行辐照加工，固定辐照方向、辐照环境及冷却系统；

(3)在常温常压下储存器件以保证性能达到稳定；

(4)测试dlts神能级瞬态谱，确定缺陷能级位置、浓度及俘获截面参数；

(5)测试电学特性参数，包括正向特性、反向特性及开关特性；

(6)进行批量加工生产。

采用2.0及5.0mev电子加速器，电子束流强度为0.1ma，电流不稳定度<±2％，不均匀度<±5％，辐照注量为5.5×10¹³、1.7×10¹⁴和3.3×10¹⁴e/cm^-2。

辐照环境为常温、常压，辐照方向为垂直于样品负极方向，辐照过程中增加风、水冷系统以保证样品表面温度不会超过50℃。

改变辐照能量、注量条件控制缺陷能级位置及浓度，进而控制电学特性参数。

本发明利用电子辐照能量需要达到一定位移阈值才可以在半导体材料中引入缺陷能级的特点控制缺陷能级的数量。同时，电子辐照过程中电子束与晶格原子进行能量交换时引发的晶格振动，可以作为短时退火过程，降低不稳定的浅位置缺陷能级的浓度。

本发明采用的方法通过控制电子辐照能量的高低，控制深浅位置能级的个数；通过控制电子辐照注量的大小，控制缺陷浓度的高低。

本发明采用的方法通过电子辐照条件控制缺陷能级的参数，进而控制器件电学性能，达到按照生产需要定向优化器件性能的目的。

附图说明

图1是本发明方法的流程示意图

图2是dlts测试结果图，其中(a)为电子辐照能量2.0mev条件下的少能级谱；(b)为电子辐照能量5.0mev条件下的少子能级谱；(c)为电子辐照能量2.0mev条件下的多子能级谱；(d)为电子辐照能量为5.0mev条件下的多子能级谱。

具体实施方式

实施例1本发明基于电子辐照控制pn结缺陷能级的方法包括以下步骤：

(1)对需要进行性能优化的1n4007型n-si整流二极管进行辐照前分组。根据两种辐照能量2.0、5.0mev和3种辐照注量5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2(即辐照时间30、90、180s)条件分为6组，另设有1组未辐照对比组，共计7组，每组包含3个器件。

(2)分别使用2.0和5.0mev的直线电子加速器对被测器件进行电子辐照，辐照注量分别为5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2，即辐照时间分别为30、90、180s。

(3)使用的电子加速器电子束流强度为0.1ma，电流不稳定度<±2％，不均匀度<±5％。

(4)辐照环境为常温、常压，辐照方向为垂直于样品负极方向，辐照过程中增加风、水冷系统以保证样品表面温度不会超过50℃。

(5)辐照后将器件在常温、常压条件下储存120h后再进行参数测试，以降低可能存在的退火效应对器件性能的影响。

(6)对各组辐照器件进行神能级瞬态谱(dlts)测试，计算各谱峰位置、相对浓度及俘获截面，结果如图2所示。在低辐照能量时，提高辐照注量可以提高缺陷浓度；在高辐照能量时，提高辐照注量可以明显提高深能级缺陷浓度，并使不稳定的浅能级缺陷退火消失。

(7)对各组辐照器件进行电学参数测试，测试的电学参数包括正向压降、反向漏电流、反向击穿电压及反向恢复时间。测试条件为：正向电流为1a时测试正向压降；反向电压为40v时测试反向漏电流；反向电流为300μa时测试反向击穿电压；正向电流100ma，反向电流10ma时测试反向恢复时间。

(8)按照生产需求筛选辐照条件，进行批量生产。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于电子辐照控制PN结缺陷能级的方法，其步骤为：(1)一次加工前的摸底实验，根据辐照条件对器件进行分组；(2)按照辐照条件对器件进行辐照加工，固定辐照方向、辐照环境及冷却系统；(3)在常温常压下储存器件以保证性能达到稳定；(4)测试DLTS深能级瞬态谱，确定缺陷能级位置、浓度及俘获截面参数；(5)测试电学特性参数，包括正向特性、反向特性及开关特性；(6)进行批量加工生产。本发明可以通过改变电子辐照条件控制缺陷能级位置、浓度等参数，重复性好，在进行前期测试后可以进行批量加工，实现按照生产需求定向优化器件各项性能的目标。

技术研发人员：郭春生;王若旻;冯士维
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.01.22
技术公布日：2017.07.04