一种高效安全碳化硅MOS管及其应用的制作方法

一种高效安全碳化硅mos管及其应用
技术领域
1.本发明涉及ipc专利分类的h01l29/00领域，尤其涉及一种高效安全碳化硅mos管及其应用。


背景技术：

2.随着近些年来半导体相关行业的快速发展，相比较以往产业中采用的以硅、锗为代表第一代半导体材料，因为使用要求的不断的提高而逐渐遭到淘汰；而以碳化硅材料为代表的第三代半导体材料，因其具有禁带宽且耐高温、高电压的等优点，近些年来得多了越来越多的广泛使用和研究，并且极大地提高了半导体器件的性能和品质，这其中以碳化硅类的mos管表现的最为突出。
3.现有技术(cn201721005486.3)提供了一种碳化硅mos管，其制备的碳化硅mos管，在管外外加高压时保护区与漂移区之间形成pn结空乏区，大大的降低了mos管连接外部高压时的漏流。但是，其mos管缺少必要的外部保护装置，这使得在长期的使用之后，mos内部的发热起泡容易形成炸裂现象，对相邻元件产生牵连伤害。
4.因此，亟需一种除了具有优异的使用效率，还能够具有优异的导热散热以及防水功能的mos管，以解决上述现有问题。


技术实现要素：

5.为了解决上述问题，本发明第一方面提供了一种高效安全碳化硅mos管，结构包括顶部金属层1，n型区4，p型区5，顶部氧化层2，接触孔3，氧化硅柱6，多晶硅部8，漂移区7，衬底9，底部金属层10，金属框架11，保护层12以及散热孔13。
6.作为一种优选的方案，所述衬底9为碳化硅衬底；所述碳化硅衬底的底部固定设置有底部金属层10；所述碳化硅衬底顶部设置有固定间隔排列的漂移区7；所述漂移区的顶部依次形成p型区4，n型区5和顶部氧化层2。
7.作为一种优选的方案，所述顶部氧化层2底部设置有穿过n型区5，p型区4并进入漂移区7的沟槽；所述沟槽内部固定填充有多晶硅部8。
8.作为一种优选的方案，所述衬底的顶部设置有固定间隔排列的氧化硅柱6；所述氧化硅柱6自n型区5的上表面向下穿过n型区5，p型区4以及漂移区7延伸至衬底9的上表面处；所述沟槽设置在氧化硅柱6内部。
9.作为一种优选的方案，所述氧化硅柱6之间开设有接触孔3；所述接触孔3自上而下穿过顶部氧化层2、n型区5并进入p型区4。
10.作为一种优选的方案，所述顶部氧化层2的顶部设置有顶部金属层1；所述顶部金属层1和底部金属层10的表面均依次设置有固定的金属框架11，保护层12。
11.作为一种优选的方案，所述保护层12通过嵌入的方式与金属框架11进行固定，对碳化硅mos管进行有效保护作用；所述保护层还设置有固定间距的散热孔13。
12.作为一种优选的方案，所述保护层的原料，以质量份计，包括以下成分：高分子树
脂80～140份，抗氧剂5～10份，填料20～40份，功能助剂5～20份。
13.作为一种优选的方案，所述高分子树脂为聚烯烃树脂、有机硅树脂、环氧树脂、聚乙烯醇树脂、缩醛树脂中的至少一种。
14.作为一种优选的方案，所述高分子树脂为聚烯烃树脂和聚乙烯醇树脂的混合物。
15.作为一种优选的方案，所述聚烯烃树脂为聚乙烯树脂；所述聚乙烯醇树脂的平均分子量22～25万。
16.作为一种优选的方案，所述聚烯烃树脂和聚乙烯醇树脂的质量比为3～4:1～2。
17.作为一种优选的方案，所述聚烯烃树脂和聚乙烯醇树脂的质量比为3:2。
18.作为一种优选的方案，所述抗氧剂酚类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂的混合物。
19.作为一种优选的方案，所述抗氧剂为对苯二胺和对苯二酚。
20.作为一种优选的方案，所述对苯二胺和对苯二酚的质量比为1～3:1～2。
21.作为一种优选的方案，所述对苯二胺和对苯二酚的质量比为2:1.5。
22.作为一种优选的方案，所述填料为氧化锌、钛白粉、膨润土、硅藻土、云母粉、碳化硅、碳材料中的至少一种。
23.作为一种优选的方案，所述云母粉为绢云母粉。
24.作为一种优选的方案，所述绢云母粉的平均细度为8000～10000目。
25.作为一种优选的方案，所述填料为氧化锌，石墨烯和云母粉的混合物；所述氧化锌，石墨烯和云母粉的质量比为1～2:1～2:3～4。
26.作为一种优选的方案，所述氧化锌，石墨烯和云母粉的质量比为2:1:3.5。
27.作为一种优选的方案，功能助剂为耐紫外吸收剂、阻燃剂、抗水解剂、防静电剂、防水剂中的至少一种。
28.作为一种优选的方案，所述功能助剂至少包括抗水解剂sw-100。
29.本发明第二方面提供了一种上述高效安全碳化硅mos管的应用，包括该碳化硅mos管在电子元器件中的应用。
30.有益效果：
31.1、本技术制备的一种mos管材料，其本身除了具有优异的电子元件性能之外，还能够因为本技术中额外的加入保护层，使得mos管具有长期的稳定工作能力，能够有效的避免因为mos管的长期工作而导致的发热鼓泡，mos管炸裂飞溅的现象。
32.2、本技术制备的一种mos管材料，其通过对苯二胺和对苯二酚在2:1.5质量比下的协同作用，不仅能够有效的形成协同抗氧化效果，还能够相互促进再生，从而避免长期使用过程中的抗氧化性的衰退；并且另一方面能够降低保护层体系中的各游离电子的数量，减少基团移动速率。
33.3、本技术制备的一种mos管材料，其通过对氧化锌，石墨烯和绢云母粉在2:1:3.5质量比下的协同作用，不仅能够有效的对mos管内部的热能进行传导，其还能够通过树脂材料与特定细度绢云母粉的协同作用形成良好的气体通过性，减少mos内部汽泡的产生并且保证良好的防水性。
附图说明
34.图1为本技术中碳化硅mos管侧边切面结构示意图。
35.图中：
36.1-顶部金属层、2-顶部氧化层、3-接触孔、4-p型区、5-n型区、6-氧化硅柱、7-漂移区、8-多晶硅部、9-衬底、10-底部金属层、11-金属框架、12-保护层、13-散热孔。
具体实施方式
37.实施例1
38.如图1所示，实施例1第一方面提供了一种高效安全碳化硅mos管，结构包括顶部金属层1，n型区4，p型区5，顶部氧化层2，接触孔3，氧化硅柱6，多晶硅部8，漂移区7，衬底9，底部金属层10，金属框架11，保护层12以及散热孔13。
39.其中，衬底9为碳化硅衬底；碳化硅衬底的底部固定设置有底部金属层10；碳化硅衬底顶部设置有固定间隔排列的漂移区7；漂移区的顶部依次形成p型区4，n型区5和顶部氧化层2。
40.顶部氧化层2底部设置有穿过n型区5，p型区4并进入漂移区7的沟槽；沟槽内部固定填充有多晶硅部8。
41.衬底的顶部设置有固定间隔排列的氧化硅柱6；氧化硅柱6自n型区5的上表面向下穿过n型区5，p型区4以及漂移区7延伸至衬底9的上表面处；沟槽设置在氧化硅柱6内部。
42.氧化硅柱6之间开设有接触孔3；接触孔3自上而下穿过顶部氧化层2、n型区5并进入p型区4。
43.顶部氧化层2的顶部设置有顶部金属层1；顶部金属层1和底部金属层10的表面均依次设置有固定的金属框架11，保护层12。
44.保护层12通过嵌入的方式与金属框架11进行固定，对碳化硅mos管进行有效保护作用；所述保护层还设置有固定间距的散热孔13。
45.所述保护层的原料，以质量份计，包括以下成分：高分子树脂100份，抗氧剂8份，填料35份，功能助剂5份。
46.其中，高分子树脂为聚乙烯树脂和聚乙烯醇树脂的混合物，质量比为3:2；聚乙烯醇树脂平均分子量24万。
47.抗氧剂为对苯二胺和对苯二酚，质量比为2:1.5。
48.填料为氧化锌，石墨烯和绢云母粉的混合物，质量比为2:1:3.5；绢云母粉的平均细度为9000目。
49.功能助剂为水解剂sw-100。
50.本实施例中，聚乙烯树脂购买自浙江丰虹新材料有限公司出售的dk4型号的聚乙烯树脂产品。
51.本实施例中，聚乙烯醇树脂购买自山东柯普化工有限公司出售的高粘度级聚乙烯醇产品。
52.本实施例中，绢云母粉购买自滁州市宝塔绢云母矿业有限责任公司出售的绢云母粉产品，并且经过了二次研磨至指定细度。
53.本实施例中，石墨烯购买自河南万山新材料科技有限公司出售的石墨烯产品。
54.实施例2
55.本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：氧化锌，石墨烯和绢云母粉
的质量比为1:1.5:4。
56.实施例3
57.本实施例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：聚乙烯树脂和聚乙烯醇树脂的混合物，质量比为4:1.5。
58.对比例1
59.本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：氧化锌，石墨烯和绢云母粉的质量比为1:1:1。
60.对比例2
61.本对比例的具体实施方式同实施例1，不同之处在于：聚乙烯树脂和聚乙烯醇树脂的混合物，质量比为6:1。
62.性能评价
63.1.疏水性能：将实施例和对比例中制得的保护层材料进行制样测试，样品规格为2cm
×
2cm
×
2cm，将样品采用座滴法测试表面水接触角度，测试水滴量为4微升，角度测定时间为10分钟，每个实施例对比例测试10个试样，测得的数值的平均值记入表1。
64.2.保护性能：将实施例和对比例中制得的mos管进行正常额定功率的使用，保持使用温度为室温，相对湿度60％，连续工作500小时，观察是否出现炸裂现象，出现则为不合格，每个实施例对比例测试100个试样，小于等于5个试样不合格记为a，小于等于15个试样不合格记为b，大于15个不合格记为c，测得结果记入表1。
65.表1
[0066][0067][0068]
通过实施例1～3、对比例1～2和表1可以得知，本发明提供的一种高效安全碳化硅mos管及其应用，本技术制备的碳化硅mos其本身除了具有优异的电子元件性能之外，还能够因为本技术中额外的加入保护层，使得mos管具有长期的稳定工作能力，能够有效的避免因为mos管的长期工作而导致的发热鼓泡，mos管炸裂飞溅的现象，适宜在电子元件领域推广，具有广阔的发展前景。其中实施例1在具有最佳的制备原料配比和结构等因素下获得了最佳性能指数。