[发明专利]一种提高反向恢复鲁棒性的快恢复自举二极管

说明书

一种提高反向恢复鲁棒性的快恢复自举二极管，包括P型衬底，在P型衬底上设有N型漂移区，在N型漂移区的表面设有二氧化硅氧化层，在P型衬底与N型漂移区之间设有第一N型重掺杂区，在N型漂移区的表面设有P型重掺杂阳极区、P型轻掺杂阳极区、N型轻掺杂阴极区及N型重掺杂阴极区，在N型漂移区的表面并处于N型重掺杂阴极区的外侧以及N型重掺杂阴极区与P型轻掺杂阳极区之间的区域设有氧化层，在P型重掺杂阳极区、N型重掺杂阴极区及P型衬底上分别连接有阳极金属、阴极金属及衬底金属，其特征在于，在P型轻掺杂阳极区的表面并位于P型重掺杂阳极区的外侧设有相互电连接的第一P型重掺杂区、N型重掺杂区和第二P型重掺杂区。

技术领域

本发明主要涉及功率半导体器件技术领域，是一种提高反向恢复鲁棒性的快恢复自举二极管。

背景技术

GaN FETs功率器件相对于Si MOSFETs，具有更高的转换效率、功率密度、开关频率和在同样耐压下导通电阻和器件体积小，GaN FETs的这些特点满足了下一代半导体功率器件对大功率、高功效、高频、高速、高可靠性和小体积的要求，保证了GaN FETs在未来功率电子应用领域具有非常广阔的前景与市场。然而GaN FETs也存在一些需要特别注意的因素，例如，必须对栅源电压上限V_GS(MAX)进行严格控制，避免损坏GaN FETs功率管栅极。因此，自举电路中通常采用钳位设计，从而达到控制栅源电压的目的。此外，为了与GaN FETs开关频率相适应，电路中的自举二极管(后续称BSD)必须具有快速的导通和关断能力，即具备较低的正向导通电压V_F和较短的反向恢复时间。同时为了提升系统的能效与可靠性，就必须要减小BSD的反向恢复拖尾电流和提高其反向恢复鲁棒性。

在高压、大电流的电路中，传统的BSD具有良好的反向耐压性能，且在很低的正向导通电压V_F下就会出现较大的正向导通电流。也正因此，使得传统BSD在正向导通期间，存储在本征区中的少数载流子总量较多，从而在反向恢复期间，使得本征区中少子抽取的速度较慢，存在严重的拖尾电流，最终导致反向恢复时间较长，严重增加系统电路的功耗以及限制系统工作频率的提升。此外，反向恢复期间会同时存在高压大电流的情形，容易在阳极和阴极出现电流积聚，形成电流尖峰，导致阳极和阴极表面出现峰值电场引发双侧动态雪崩，出现热失效，严重影响系统的可靠性。

因此，在降低正向导通电压V_F的前提下降低反向恢复时间和减小BSD反向恢复期间的拖尾电流有利于保证系统的有效性，通过降低阳极和阴极侧的峰值电场，从而提高反向恢复鲁棒性有利于保证系统的可靠性，这对功率集成电路的发展与设计具有重要的意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种提高反向恢复鲁棒性的快恢复自举二极管，本发明不仅提高了自举二极管的反向恢复鲁棒性，并且在降低正向导通电压V_F的前提下有效降低了反向恢复时间和减小了反向恢复拖尾电流。

本发明的技术方案如下：

一种提高反向恢复鲁棒性的快恢复自举二极管，包括P型衬底，在P型衬底上设有N型漂移区，在N型漂移区的表面设有二氧化硅氧化层，在P型衬底与N型漂移区之间设有第一N型重掺杂区，在N型漂移区的表面上设有作为阳极区的P型轻掺杂阳极区和位于阳极区外侧并作为阴极区的N型轻掺杂阴极区及N型重掺杂阴极区，并且，N型重掺杂阴极区设在N型轻掺杂阴极区内，在P型轻掺杂阳极区的表面上设有P型重掺杂阳极区，在N型漂移区的表面并处于N型重掺杂阴极区的外侧以及N型重掺杂阴极区与P型轻掺杂阳极区之间的区域设有氧化层，在P型重掺杂阳极区、N型重掺杂阴极区及P型衬底上分别连接有阳极金属(anode)、阴极金属(cathode)及衬底金属(sub)，其特征在于，在P型轻掺杂阳极区的表面并位于P型重掺杂阳极区的外侧设有相互电连接的第一P型重掺杂区、N型重掺杂区和第二P型重掺杂区。

与现有技术相比，本发明结构具有如下优点：