[发明专利]一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于二极管材料片制备的技术领域，特别是涉及一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法。

背景技术

在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可缺少；很多情况下，电力电子电路中的二极管数量多于开关器件，在电路中起着举足轻重的作用，尤其以与开关器件匹配使用的大功率二极管要求最为特殊,但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更高的要求，反向恢复时间越快越好，反向恢复时间由衬底浓度决定，衬底掺杂浓度梯度的存在使得注入到两极区的载流子数量增加，梯度越小，载流子的数量越多，注入到两极区的载流子在反向恢复过程中也需要被抽取或被复合，注入载流子越多，意味着需要的反向恢复时间越长，因此，希望两极区的掺杂结深越浅越好，掺杂浓度越高越好。

快恢复二极管一般采用三扩片和外延片作为衬底，普通快恢复二极管衬底采用三扩片，该材料片的阴极通常由磷的深扩散形成，以充当缓冲层，这种设计导致N+的过渡区长，导通压降会增加，复合时间长，进而反向恢复时间长；高效快恢复二极管衬底采用外延片，衬底掺杂浓度非常高，与外延层接触附近的浓度梯度非常陡，因此产品的反向恢复时间要比普通快恢复二极管短很多，压降也要小很多，复合时间短，进而反向恢复时间短，但是外延片采用昂贵的设备制造，因此外延片成本高。

针对上述问题，本发明提供了一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法，具有N+/N结构，设计出辅助二极管（发射效率自调节二极管），辅助二极管的结构特点是将二极管的阴极面设计成高浓度与低浓度区镶嵌的结构，如图1所示，2区为高浓度区，1区为低浓度区，我们将低浓度1区称为辅助二极管，2区与1区浓度相差2-3个数量级，当正向导通时，辅助二极管1区内的注入载流子浓度要低于主二极管2区，辅助二极管的存在起到了减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流的作用，而二极管处于反向偏压时，主二极管2区的载流子迅速被抽走，而辅助二极管1区内存有较少的载流子通过复合消失，产生软恢复特性，采用此材料片加工的快恢复二极管可将反向恢复时间trr降低，并且衬底材料片成本低，粘附一片单晶片（B），硅片的总厚度在30-100um，二极管加工过程中不易碎片。

发明内容

在电子电路中，二极管是最常用的基础电子元器件之一；在电力电子电路中，二极管更与开关器件形影相随，不可缺少；很多情况下，电力电子电路中的二极管数量多于开关器件，在电路中起着举足轻重的作用，尤其以与开关器件匹配使用的大功率二极管要求最为特殊,但对电路中使用的大功率开关二极管提出了更高的要求，反向恢复时间越快越好，反向恢复时间由衬底浓度决定，衬底掺杂浓度梯度的存在使得注入到两极区的载流子数量增加，梯度越小，载流子的数量越多，注入到两极区的载流子在反向恢复过程中也需要被抽取或被复合，注入载流子越多，意味着需要的反向恢复时间越长，因此，希望两极区的掺杂结深越浅越好，掺杂浓度越高越好。

快恢复二极管一般采用三扩片和外延片作为衬底，普通快恢复二极管衬底采用三扩片，该材料片的阴极通常由磷的深扩散形成，以充当缓冲层，这种设计导致N+的过渡区长，导通压降会增加，复合时间长，进而反向恢复时间长；高效快恢复二极管衬底采用外延片，衬底掺杂浓度非常高，与外延层接触附近的浓度梯度非常陡，因此产品的反向恢复时间要比普通快恢复二极管短很多，压降也要小很多，复合时间短，进而反向恢复时间短，但是外延片采用昂贵的设备制造，因此外延片成本高。

针对上述问题，本发明提供了一种含阴极辅助的快恢复二极管材料片结构及其制造方法，具有N+/N结构，设计出辅助二极管（发射效率自调节二极管），辅助二极管的结构特点是将二极管的阴极面设计成高浓度与低浓度区镶嵌的结构，如图1所示，2区为高浓度区，1区为低浓度区，我们将低浓度1区称为辅助二极管，2区与1区浓度相差2-3个数量级，当正向导通时，辅助二极管1区内的注入载流子浓度要低于主二极管2区，辅助二极管的存在起到了减少反向恢复电荷和反向恢复时间、抑制反向恢复峰值电流的作用，而二极管处于反向偏压时，主二极管2区的载流子迅速被抽走，而辅助二极管1区内存有较少的载流子通过复合消失，产生软恢复特性，采用此材料片加工的快恢复二极管可将反向恢复时间trr降低，并且衬底材料片成本低，粘附一片单晶片（B），硅片的总厚度在30-100um，二极管加工过程中不易碎片。

附图说明

图1本发明的材料片阴极辅助部分结构示意图；

图2本发明的材料片结构示意图。