[发明专利]一种方片半导体脉冲功率开关及其制备方法

说明书

本发明公开了一种方片半导体脉冲功率开关及其制备方法，包括：(1)将n型Si芯片清洗干净后，采用激光在Si芯片的周边位置进行单面开第一槽，第一槽的形状为方形；(2)对开设有第一槽的Si芯片进行掺杂处理并形成pnpn结构；(3)在pnpn结构的阳极四周内边缘刻蚀第二槽；(4)在pnpn结构的阳极四周外边缘刻蚀第三槽；且第三槽的宽度大于第二槽的宽度，第三槽的深度大于第二槽的深度；(5)对开槽后的Si芯片进行保护；(6)根据需要将Si芯片切割成预设大小的方形后获得方片半导体脉冲功率开关。本发明通过增长n基区并减小n基区的浓度，同时在阳极开设第二槽和第三槽，槽的底端截面形状为圆弧状，能够改善终端电场分布，提高了RBDT的电压耐受能力。

技术领域

本发明属于脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种方片半导体脉冲功率开关及其制备方法。

背景技术

脉冲功率技术诞生于20世纪60年代，它是一种以较低的功率储存能量、再以高得多的功率变换为脉冲电磁能量并释放到特定负载中去的电物理技术，也是一种电能变换技术。现代脉冲功率技术在电磁发射、光源、环保、材料、生物、医疗等领域都有着广泛应用。类似于一代电力电子器件决定一代电力电子电路，脉冲功率开关也是整个脉冲功率系统的瓶颈，开关能达到的水平直接影响整个系统输出的脉冲幅值、上升时间、重复频率等关键指标。

脉冲功率开关包括气态开关、液态开关和固态开关。其中，气态开关的优势是功率容量大，目前仍然有着广泛的应用；液态开关应用的报道不多；固态开关由于体积小、可靠性高、重复频率高等优势，成功克服气态开关电极容易烧蚀、使用寿命短、大多不可重频工作的原生缺陷，被认为是脉冲功率开关未来的发展方向，并已在各类固态源中应用。固态开关具体又可分为半导体开关、磁介质开关和电介质开关。与磁开关缺乏控制灵活性不同，半导体开关具有高度的可控性，且由于功率半导体技术的发展使其电流电压容量不断提升，脉冲功率系统半导体化的趋势越来越明显。

自20世纪70年代开始，国外对爆炸箔起爆器进行了不断研究，到20世纪90年代，爆炸箔起爆技术迅速发展为一项成熟的高新技术。爆炸箔起爆器主要由高压开关、脉冲储能电容器、桥箔、负载等部件组成。爆炸箔起爆器的工作原理为：当触发信号来到时，高压开关导通，储能电容器放电产生一个大脉冲电流使桥箔迅速汽化，激发桥箔爆炸，爆炸产生的高速飞片穿过加速膛，撞击钝感药柱，如果飞片撞击能量达到装药的起爆阈值，实现冲击起爆。

高压开关是爆炸箔起爆器的关键元器件，对其性能有较高的要求。首先，能够耐受1kV～3kV高电压；其次，能使具有下述特性的电流脉冲在触发瞬间顺利通过：电流脉冲的上升时间为30ns～400ns，峰值电流达到2kA～4kA，功率为2MW～10MW。因此，高压开关的运行条件是很苛刻的，它要求开关的电阻和电感小，导通能力高，稳定性好，不会因为干扰而导致误触发。

现有技术中，RBDT的电流上升率低以及RBDT的耐压不足；耐压能力低的原因一方面是因为N基区厚度薄，另一方面是终端结构的处理不到位；而电流上升率耐量低的原因是因为现有RBDT无法做到大面积的同时开通。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于一种方片半导体脉冲功率开关及其制备方法，旨在解决现有技术中RBDT的电流上升率耐量低和电压耐受能力弱的问题。

本发明提供了一种方片半导体脉冲功率开关的制备方法，包括下述步骤：

(1)将n型Si芯片清洗干净后，采用激光在所述Si芯片的周边位置进行单面开第一槽，所述第一槽的形状为方形；

(2)对开设有第一槽的Si芯片进行掺杂处理并形成pnpn结构；

(3)在pnpn结构的阳极四周内边缘刻蚀第二槽；

(4)在pnpn结构的阳极四周外边缘刻蚀第三槽；且所述第三槽的宽度大于所述第二槽的宽度，所述第三槽的深度大于所述第二槽的深度；