[发明专利]基于P区和I区渐变掺杂的4H-SiC PIN微波二极管及制作方法

说明书

本发明公开了一种基于P区和I区渐变掺杂的4H‑SiC PIN二极管，主要解决现有技术无法实现低导通电阻和低结电容的问题。其自下而上包括n型衬底(1)、n+层(2)、i层(3)和p+层(4)，衬底的下部设有阴极(5)，p+层的上部设有阳极(6)，阳极的上部设有钝化层(7)，其中，所述i层(3)采用由n层组成的多层结构，且各层由掺杂浓度线性递减的4H‑SiC半导体材料构成；所述p+层(4)采用由m层组成的多层结构，且各层由掺杂浓度线性增的4H‑SiC半导体材料构成。本发明能同时实现低导通电阻与低零偏结电容，可加快PIN二极管的响应速度，提高截止频率，可作为微波二极管适用于微波限幅电路。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及一种4H-SiC PIN微波二极管，可用于微波整流、限幅器、功率开关、移相器、电调衰减器等电路中。

背景技术

PIN二极管广泛应用于射频、超高频和微波电路中。基于PIN二极管的限幅器能够保护后级电路中的功率敏感器件不被大信号或强电磁脉冲损坏，因此广泛应用于通信、雷达等发射接收系统的前端。通过控制PIN二极管的工作状态，在高功率的微波信号通过限幅器时，被衰减到较低的功率电平，而小功率微波信号则以较小的插损顺利通过。

目前市面上大多数商用的PIN二极管都是用Si和GaAs。Si和GaAs的PIN器件制备工艺已经非常成熟，但是受限于材料的自身因素，难以进一步提高器件性能。为了增加转换功率，而增加i区的厚度，结果会造成转换速率的降低。并且Si和GaAs的微波PIN二极管的工作温度不能超过175℃。为了提高功率处理能力和开关速度以及工作温度，必须改用新的材料替代Si和GaAs，用于制作PIN二极管。

4H-SiC材料拥有比Si和GaAs更高的禁带宽度，这就使得它在各种高速模拟应用领域，例如用于射频通讯及雷达中的放大器和接收器具有不可替代的优势。另外，4H-SiC具有比硅和砷化镓更宽的禁带宽度，因此有更好的抗辐射和抗干扰能力。对于大量使用微波器件的电子系统中，使用4H-SiC PIN限幅器有利于系统集成。

目前，三端有源器件正逐步取代两端器件成为电子系统中的主流，但PIN二极管以其特殊的器件结构和器件特性使之无法被轻易取代。

目前，市面上的4H-SiC PIN二极管，它包括三个掺杂浓度不同的区，其中，P区掺杂浓度10¹⁹，厚度5μm；I区掺杂浓度10¹⁵，厚度50～600μm；N区掺杂浓度10¹⁸～10¹⁹，厚度10μm。该PIN二极管作为功率转换器、开关器件已广泛应用于电力电子领域，且得益于材料特性，其具备较高的击穿电压和更快的开关速度。但是该器件作为射频器件时，因具备较大的I区宽度，因而不适合应用于微波电路。目前微波用4H-SiC PIN二极管需要更小的导通电阻与更低的结电容来满足更快的响应速度，而现有4H-SiC PIN二极管不能满足要求，导致其在高频微波应用领域存在很大的空缺。

发明内容

本发明目的在于针对上述目前已有器件技术的不足，提供一种基于P+区和I区渐变掺杂的4H-SiC PIN二极管及制作方法，以减小I区宽度及导通电阻与结电容，从而加快二极管的响应时间，提高截止频率。满足高频微波应用的要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

1.一种基于P区和I区渐变掺杂的4H-SiC PIN二极管，自下而上包括n型衬底、n+层、i层和p+层，衬底的下部设有阴极，p+层的上部设有阳极，阳极的上部设有钝化层，其特征在于：

所述i层采用由n层组成的多层结构，且自下而上按第一层31至第n层3n分布，各层均是由掺杂浓度以10为底数的对数线性递减的4H-SiC半导体材料构成，n的取值根据器件实际使用要求确定，其为大于1的整数；