[实用新型]高浪涌电流能力碳化硅二极管

说明书

本实用新型属于半导体器件的制造技术领域，涉及一种高浪涌电流能力碳化硅二极管，包括半导体基板，所述半导体基板包括N型碳化硅衬底及位于N型碳化硅衬底上的N型碳化硅外延层，在所述N型碳化硅外延层内的上部设有若干个P型阱区，在所述P型阱区下方或下表面设有N型高阻区，所述N型高阻区的电阻率大于N型碳化硅外延层的电阻率；本实用新型通过设置N型高阻区，并在N型高阻区内设有多个块状P型区，使得器件在正常导通工作状态下，大幅增加了器件的浪涌电流能力。

技术领域

本实用新型涉及一种二极管，尤其是一种高浪涌电流能力碳化硅二极管，属于半导体器件的制造技术领域。

背景技术

功率器件及其模块为实现多种形式电能之间转换提供了有效的途径，在国防建设、交通运输、工业生产、医疗卫生等领域得到了广泛应用。自上世纪50年代第一款功率器件应用以来，每一代功率器件的推出，都使得能源更为高效地转换和使用。

传统功率器件及模块由硅基功率器件主导，主要以晶闸管、功率PIN器件、功率双极结型器件、功率MOSFET以及绝缘栅场效应晶体管等器件为主，在全功率范围内均得到了广泛的应用，以其悠久历史、十分成熟的设计技术和工艺技术占领了功率半导体器件的主导市场。然而，随着功率半导体技术发展的日渐成熟，硅基功率器件其特性已逐渐逼近其理论极限。研究人员在硅基功率器件狭窄的优化空间中努力寻求更佳参数的同时，也注意到了SiC、GaN等第三代宽带隙半导体材料在大功率、高频率、耐高温、抗辐射等领域中优异的材料特性。

碳化硅(SiC)材料凭借其优良的性能成为了国际上功率半导体器件的研究热点。碳化硅(SiC)相比传统的硅材料具有禁带宽度大、击穿场强高、热导率高等优势。禁带宽度大使碳化硅的本征载流子浓度低，从而减小了器件的反向电流；高的击穿场强可以大大提高功率器件的反向击穿电压，并且可以降低器件导通时的电阻；高热导率可以大大提高器件可以工作的最高工作温度；并且在众多高功率应用场合，比如：高速铁路、混合动力汽车、智能高压直流输电等领域，碳化硅基器件均被赋予了很高的期望。同时，碳化硅功率器件能够有效降低功率损耗，故此被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源”器件。

目前，碳化硅功率器件注意包括二极管和MOSFET。对于碳化硅二极管，击穿电压、正向导通压降和结电容电荷是其最主要电学参数，浪涌电流能力是其最重要的可靠性参数。目前碳化硅二极管往往采用结势垒肖特基二极管（JBS），如图1所示为典型的碳化硅JBS结构，在器件正常导通工作状态下（小电流），仅仅有肖特基接触区域导通，P型阱区不参与导电，因此P型阱区面积越大，在相同面积条件下器件的导通压降越大，导通损耗越大。在大电流条件下（浪涌电流来临时），PN结导通，向器件的漂移区注入少子空穴，从而提高器件的浪涌电流能力，因此P型阱区面积越大，器件的浪涌电流能力越强。然而，由于碳化硅的PN结二极管开启电压较高，浪涌电流来临时很难有效的保证PN结有效开启，即使PN结开启，也常常存在器件正向导通压降过高，导致芯片温度上升较快，极易失效，从而导致碳化硅功率浪涌电流能力较差。另一方面，如果大幅增加JBS二极管P型阱区的面积，可以有效的提高器件的浪涌电流能力，但导致器件的正向导通损耗较大，在系统中应用时对电能的转换效率有不利的影响。

故而，亟需一种正向导通压降较小、浪涌电流大的碳化硅JBS器件，以克服现有技术所存在的不足。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提出了一种高浪涌电流能力碳化硅二极管及其制作方法，通过在P型阱区下方或下表面增加了一个N型高阻区，并在N型高阻区内设有若干个间隔分立的块状P型区，使得器件在正常导通工作状态下，大幅增加了器件的浪涌电流能力。

为实现以上技术目的，本实用新型的技术方案是：一种高浪涌电流能力碳化硅二极管，包括半导体基板，所述半导体基板包括N型碳化硅衬底及位于N型碳化硅衬底上的N型碳化硅外延层，在所述N型碳化硅外延层内的上部设有若干个P型阱区，其特征在于，在所述P型阱区下方或下表面设有N型高阻区，所述N型高阻区的电阻率大于N型碳化硅外延层的电阻率。