一种基于金刚石的耐压耐电流SiCPIN二极管的制作方法

一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管。


背景技术：

2.sic器件碳化硅(sic)材料因其优越的物理特性，广泛受到人们的关注和研究。其高温大功率电子器件具备输入阻抗高、开关速度快、工作频率高、耐高温高压等优点，在开关稳压电源、高频加热、汽车电子以及功率放大器等方面取得了广泛应用。
3.但是限于材料特性，其禁带宽度一定，在实现较大耐压时需牺牲电流能力，故高耐压等级sic pin二极管电流能力都相对较小。


技术实现要素：

4.本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，提高sic pin二极管的电流能力以及电压能力。
5.本实用新型是这样实现的：一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，包括：
6.一n型欧姆电极；
7.一n型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述n型欧姆电极的上侧面；
8.一n型掺杂金刚石耐压提高层，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的下侧面连接至所述n型重掺杂半导体传输层的上侧面；
9.一n型本征层，所述n型本征层的下侧面连接至所述n型掺杂金刚石耐压提高层的上侧面；
10.一p型重掺杂半导体传输层，所述p型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述n型本征层的上侧面；
11.以及，一p型欧姆电极，所述p型欧姆电极的下侧面连接至所述p型重掺杂半导体传输层的上侧面；
12.所述n型掺杂金刚石耐压提高层掺杂浓度为n型本征层的4倍。
13.进一步地，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的厚度是1.2至3微米。
14.进一步地，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的掺杂浓度为4*10
17
cm-3
。
15.进一步地，所述n型掺杂金刚石耐压提高层为n型金刚石。
16.进一步地，所述n型本征层厚度为3微米。
17.本实用新型的优点在于：本实用新型中金刚石层在n型本征层之下，该结构不影响原有pn结构成的pn结耐压特性，单纯增加一层掺杂金刚石可以减薄pin二极管厚度，保证sic pin二极管的耐压的前提下，提高了耐电流能力，其电流能力提高了4倍。
附图说明
18.下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。
19.图1为本实用新型一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管的结构示意图；
20.图2为本实用新型一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管的工作过程空间电荷区示意图一；
21.图3为本实用新型一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管的工作过程空间电荷区示意图二。
具体实施方式
22.如图1所示，本实用新型一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，包括：
23.一n型欧姆电极；
24.一n型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述n型欧姆电极的上侧面；
25.一n型掺杂金刚石耐压提高层，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的下侧面连接至所述n型重掺杂半导体传输层的上侧面；
26.一n型本征层，所述n型本征层的下侧面连接至所述n型掺杂金刚石耐压提高层的上侧面，所述n型本征层的厚度为3微米(现有技术中n型本征层厚度为6微米)，n型本征层的材料是sic；
27.一p型重掺杂半导体传输层，所述p型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述n型本征层的上侧面；
28.以及，一p型欧姆电极，所述p型欧姆电极的下侧面连接至所述p型重掺杂半导体传输层的上侧面。
29.所述n型掺杂金刚石耐压提高层的厚度是1.2至3微米。
30.所述n型掺杂金刚石耐压提高层的掺杂浓度为4*10
17
cm-3
。
31.所述n型掺杂金刚石耐压提高层为n型金刚石。
32.所述基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管为纵向结构，为双极性器件。
33.所述基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管相同耐压等级下，其器件厚度减小。
34.所述基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管在原有的基础上在n型重掺杂半导体传输层上方增加了金刚石耐压提高层。
35.所述n型掺杂金刚石耐压提高层的厚度是3微米，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的掺杂浓度为4*10
17
cm-3
，所述n型掺杂金刚石耐压提高层为n型金刚石，所述n型掺杂金刚石耐压提高层掺杂浓度为n型本征层的4倍。
36.所述金刚石耐压提高层可以提高二极管耐压等级，是由于在pin二极管反向加压时形成空间电荷区，空间电荷区从n型本征层向n型掺杂金刚石耐压提高层扩散。
37.如图2和图3所示，低压时空间电荷区向n型本征耐压区扩散，当电压逐步提高，空间电荷区向金刚石区域扩散，但由于n型掺杂金刚石耐压提高层掺杂浓度为n型本征层的4倍，故相同电压扩散深度为四分之一。故相同厚度情况下，耐压等级为原来的2.5倍。
38.该pin二极管厚度不变时，即金刚石耐压提高层为3微米，n型本征层为3微米，此时耐压提高2.5倍，电流提高4倍；在金刚石耐压提高层为1.2微米，n型本征层为3微米时，可以达到与现有技术一样的耐压能力，但是厚度上减少了1.8微米，进一步减少了pin二极管的厚度，减少了pin二极管的体积。
39.本实用新型是在sic pin二极管的基础上进行了n型本征层部分材料的替换，该结构不改变基本的sic pin二极管的pn结，即不改变pin二极管的基本结构，其耐压特性提高主要在同类型掺杂空间电荷区的延伸，从而提高耐压特性，而不是靠异质结特性来提高耐压能力。
40.该结构是依靠材料本身的耐压特性来实现较小的空间电荷区满足反向耐压特性。是对pn结空间电荷区的延伸，是对pin基本工作原理的延伸。
41.虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。


技术特征：
1.一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，其特征在于：包括：一n型欧姆电极；一n型重掺杂半导体传输层，所述n型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述n型欧姆电极的上侧面；一n型掺杂金刚石耐压提高层，所述n型掺杂金刚石耐压提高层的下侧面连接至所述n型重掺杂半导体传输层的上侧面；一n型本征层，所述n型本征层的下侧面连接至所述n型掺杂金刚石耐压提高层的上侧面；一p型重掺杂半导体传输层，所述p型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述n型本征层的上侧面；以及，一p型欧姆电极，所述p型欧姆电极的下侧面连接至所述p型重掺杂半导体传输层的上侧面；所述n型掺杂金刚石耐压提高层掺杂浓度为n型本征层的4倍。2.根据权利要求1所述一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，其特征在于：所述n型掺杂金刚石耐压提高层的厚度是1.2至3微米。3.根据权利要求1所述一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，其特征在于：所述n型掺杂金刚石耐压提高层为n型金刚石。4.根据权利要求1所述一种基于金刚石的耐压耐电流sic pin二极管，其特征在于：所述n型本征层厚度为3微米。

技术总结
本实用新型提供了一种基于金刚石的耐压耐电流SiCPIN二极管，包括：一N型欧姆电极；一N型重掺杂半导体传输层，所述N型重掺杂半导体传输层的下侧面连接至所述N型欧姆电极的上侧面；一N型掺杂金刚石耐压提高层，所述N型掺杂金刚石耐压提高层的下侧面连接至所述N型重掺杂半导体传输层的上侧面；一N型本征层，所述N型本征层的下侧面连接至所述N型掺杂金刚石耐压提高层的上侧面；一P型重掺杂半导体传输层，所述P型重掺杂半导体传输层下侧面连接至所述N型本征层的上侧面；及，一P型欧姆电极，所述P型欧姆电极的下侧面连接至所述P型重掺杂半导体传输层的上侧面，提高SiCPIN二极管的耐压耐电流能力。电流能力。电流能力。


技术研发人员：张瑜洁 施广彦 李佳帅 李志君 黄波
受保护的技术使用者：泰科天润半导体科技（北京）有限公司
技术研发日：2021.10.08
技术公布日：2022/6/1