一种沟槽型SiC-TVS器件及其制备方法

本发明涉及微电子器件，具体涉及一种沟槽型sic-tvs器件及其制备方法。

背景技术：

1、瞬时高能量浪涌冲击，如雷电和电磁脉冲，可能会导致电子元器件及其下游电子学系统的失效甚至损毁。瞬态电压抑制二极管(transient voltage suppressor，tvs)作为一种有效的防护型器件，因其具有吸收功率高、响应速度快以及钳位电压稳定等优势已经成为电子便携式设备、军工等行业电子产品的首选防护器件。sic材料具备宽禁带、高热导率、高临界电场等优点，可以有效降低漏电，提高散热效率，并且可以实现高功率，sic-tvs器件相较于si-tvs则能够表现出低漏电、快速响应、耐高温和尺寸集约带来的强鲁棒性等潜在优点，更适合高温、强辐射电磁干扰等场景中的应用。

2、在emp(电磁脉冲，electromagnetic pulse)防护应用中，emp信号上升前沿时间一般为纳秒级或百皮秒级，tvs器件需要迅速对信号做出响应才能有效保护电子系统。传统的npn穿通型sic-tvs器件采用基极开路的结构，当反偏n+/p-结与正偏p-/n+结相连通使得中间p-基区全耗尽时，tvs导通工作，起到钳压泄流的作用。然而，由于正偏p-/n+结在p-区一侧存在少子注入引起的少子堆积现象，使得反偏n+/p-结在p-区的耗尽推进受到阻碍，导致器件的钳位响应速度较慢(响应时间为微秒级)，无法实现纳秒级的快速响应，在emp防护应用中受到限制。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种沟槽型sic-tvs器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明提供一种沟槽型sic-tvs器件，包括：

3、sic衬底层；

4、sic外延层，所述sic外延层包括第一基区和若干发射区，所述第一基区设置于所述sic衬底层上，所述若干发射区间隔设置在所述第一基区上；

5、第一电极，所述第一电极包括若干发射极和若干基极，每个所述发射区上设置一所述发射极，相邻两个所述发射区之间的第一基区上设置一所述基极，其中，所有所述发射极与所有所述基极短接，所述发射区与所述发射极之间为欧姆接触，所述第一基区与所述基极之间为肖特基接触；

6、第二电极，设置在所述sic衬底层的下表面，所述sic衬底层与所述第二电极之间为欧姆接触。

7、在本发明的一个实施例中，所述发射区与所述sic衬底层的掺杂类型相同，所述发射区与所述第一基区的掺杂类型相反。

8、在本发明的一个实施例中，所述发射区与所述sic衬底层的掺杂浓度均大于所述第一基区的掺杂浓度，且所述发射区与所述sic衬底层的掺杂浓度均大于1e18。

9、在本发明的一个实施例中，当所述sic衬底层与所述发射区的掺杂类型均为n型时，所述第一基区的掺杂类型为p型，所述第一电极为负电极，所述第二电极为正电极；

10、当所述sic衬底层与所述发射区的掺杂类型均为p型时，所述第一基区的掺杂类型为n型，所述第一电极为正电极，所述第二电极为负电极。

11、在本发明的一个实施例中，沟槽型sic-tvs器件还包括若干第二基区，每个所述发射区和所述第一基区之间设置有一所述第二基区，所述第二基区与所述第一基区的材料、掺杂类型和掺杂浓度均相同，所述第二基区的宽度和位于该第二基区上的所述发射区的宽度相等。

12、在本发明的一个实施例中，所述第二基区的厚度为0～0.5μm。

13、在本发明的一个实施例中，所有所述发射区的宽度均相等。

14、在本发明的一个实施例中，所有所述发射区包括若干第一发射子区和若干第二发射子区，且所述若干第一发射子区和所述若干第二发射子区依次交替设置，其中，所述第一发射子区的宽度小于所述第二发射子区的宽度。

15、在本发明的一个实施例中，所述发射区的厚度为0.2～1.2μm。

16、本发明还提供一种沟槽型sic-tvs器件的制备方法，用于制备上述任一项实施例所述的沟槽型sic-tvs器件，所述制备方法包括：

17、选取sic衬底层；

18、在所述sic衬底层上生长sic外延层，所述sic外延层包括从下至上层叠设置的第一sic外延子层和第二sic外延子层，所述第一sic外延子层与所述第二sic外延子层的掺杂类型相反，所述第二sic外延子层与所述sic衬底层的掺杂类型相相同；

19、刻蚀所述第二sic外延子层，以形成间隔设置的若干发射区，所述第一sic外延子层未被刻蚀的部分作为第一基区；

20、在所述发射区和所述第一基区上制备第一电极，所述第一电极包括若干发射极和若干基极，每个所述发射区上设置一所述发射极，相邻两个所述发射区之间的第一基区上设置一所述基极，其中，所有所述发射极与所有所述基极短接，所述发射区与所述发射极之间为欧姆接触，所述第一基区与所述基极之间为肖特基接触；

21、在所述sic衬底层的下表面制备第二电极，所述sic衬底层与所述第二电极之间为欧姆接触。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

23、本发明所提供的沟槽型sic-tvs器件在第一基区之上设置了多个均匀且间隔排布的发射区，并且使得发射区上的发射极与第一基区上的基极短接，由此可以有效地降低正偏p/n结在基区一侧由于少子注入引起的少子堆积，大幅提高了器件的钳位响应速度，使得响应时间达到纳秒级。

24、以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。

技术特征：

1.一种沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区与所述sic衬底层的掺杂类型相同，所述发射区与所述第一基区的掺杂类型相反。

3.根据权利要求2所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区与所述sic衬底层的掺杂浓度均大于所述第一基区的掺杂浓度，且所述发射区与所述sic衬底层的掺杂浓度均大于1e18。

4.根据权利要求2或3所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，当所述sic衬底层与所述发射区的掺杂类型均为n型时，所述第一基区的掺杂类型为p型，所述第一电极为负电极，所述第二电极为正电极；

5.根据权利要求1所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，还包括若干第二基区，每个所述发射区和所述第一基区之间设置有一所述第二基区，所述第二基区与所述第一基区的材料、掺杂类型和掺杂浓度均相同，所述第二基区的宽度和位于该第二基区上的所述发射区的宽度相等。

6.根据权利要求5所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所述第二基区的厚度为0～0.5μm。

7.根据权利要求1或5所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所有所述发射区的宽度均相等。

8.根据权利要求1或5所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所有所述发射区包括若干第一发射子区和若干第二发射子区，且所述若干第一发射子区和所述若干第二发射子区依次交替设置，其中，所述第一发射子区的宽度小于所述第二发射子区的宽度。

9.根据权利要求1所述的沟槽型sic-tvs器件，其特征在于，所述发射区的厚度为0.2～1.2μm。

10.一种沟槽型sic-tvs器件的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1至9任一项所述的沟槽型sic-tvs器件，所述制备方法包括：

技术总结
本发明涉及一种沟槽型SiC‑TVS器件及其制备方法，该器件包括：SiC衬底层；SiC外延层，SiC外延层包括第一基区和若干发射区，第一基区设置于SiC衬底层上，若干发射区间隔设置在所述第一基区上；第一电极，第一电极包括若干发射极和若干基极，每个发射区上设置一发射极，相邻两个发射区之间的第一基区上设置一基极，其中，所有发射极与所有基极短接；第二电极，设置在SiC衬底层的下表面。本发明的器件可以有效地降低正偏P/N结在基区一侧由于少子注入引起的少子堆积，大幅提高了器件的钳位响应速度，使得响应时间达到纳秒级。

技术研发人员：韩超,黄雨,白博仪,汤晓燕,周瑜,张玉明
受保护的技术使用者：西安电子科技大学芜湖研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/23