[发明专利]一种提高抗单粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS结构

说明书

本发明公开了一种提高抗单粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS结构；碳化硅N+衬底的下表面为阴极金属，碳化硅N+衬底上为N型缓冲层和N‑外延层，N型缓冲层的浓度大于N‑外延层的浓度，N‑外延层的上表面内间隔均匀分布P+，N‑外延层及P+的上表面为阳极金属。通过设置缓冲层，在单粒子辐照时，利用缓冲层对单粒子入射径迹产生的电子空穴进行平衡和再分配，减少空穴向阳极金属的收集和电子向阴极金属的收集，减少空穴在肖特基接触面的积累，并将P+结构设置为倒T型，利用倒T型P+的耗尽区有效夹断单粒子入射产生的电子‑空穴对径迹，抑制空穴在阳极金属和N‑外延层接触面的积累，防止漏电过大和烧毁。

技术领域

本发明属于半导体分立器件技术领域，涉及一种提高抗单粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS结构。

背景技术

第三代半导体碳化硅SiC材料具有禁带宽度大、临界击穿场强高、耐高温、热导率高、饱和电子漂移速度快等诸多优点，特别适合制作高压功率器件。SiC功率器件具有击穿电压高、寄生电容小、开关速度快、无反向恢复以及更好的热稳定性等优点，利用SiC功率器件替代Si功率器件可以有效简化电路结构、提高效率、降低重量，缩小体积，在军用方面特别是航天领域，具有迫切的应用需求，如新一代长寿命卫星、空间站太阳能电池电源和配电系统，新型火箭的电力推进系统和高功率密度电源。

SiC功率器件优良的性能虽然非常适合军用航天领域高压、高频、高效、高温和大功率的应用需求，但抗辐射性能差一直是阻碍SiC功率器件在军用航天抗辐照领域获得广泛应用的技术瓶颈。碳化硅肖特基二极管单粒子辐照下阻断电压约在200V左右，远不能满足高耐压的应用需求，因此，亟需对碳化硅肖特基二极管开展单粒子辐射加固研究。

目前，市场商业化批量生产的碳化硅肖特基二极管内部芯片主要采用图1所示JBS(Junction barrier Schottky)结构，该结构通过在器件内部引入了重掺杂P+，并以一定的间距规则排列，该碳化硅JBS结构同时集合了肖特基二极管和PIN二极管的优点，具有正向压降低，反向漏电小的优点。但是在单粒子辐照下，在肖特基接触表面，容易形成微型烧毁痕迹，如图1所示，导致器件反向漏电过大甚至烧毁，严重限制了碳化硅肖特基二极管在军用宇航领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中碳化硅肖特基二极管所采用的JBS结构，在单粒子辐照下，在肖特基接触表面容易形成微型烧毁痕迹的问题，提供一种提高抗单粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS结构。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种提高抗单粒子性能的倒T型P+碳化硅JBS结构，包括阴极金属、碳化硅N+衬底、N型缓冲层、N-外延层、P+和阳极金属；

所述碳化硅N+衬底的下表面为阴极金属，所述碳化硅N+衬底上依次为N型缓冲层和N-外延层，所述N型缓冲层的浓度大于N-外延层的浓度，所述N-外延层的上表面内间隔均匀分布P+，N-外延层的上表面和P+的上表面为阳极金属。

本发明的进一步改进在于：

所述N型缓冲层包括依次设置的第一N型缓冲层、第二N型缓冲层和第三N型缓冲层，所述第一N型缓冲层与碳化硅N+衬底相邻，所述第三N型缓冲层与N-外延层相邻。

所述三层N型缓冲层的浓度由第一N型缓冲层至第三N型缓冲层呈数量级梯度降低，所述相邻缓冲层之间的浓度相差一个数量级。

所述P+为倒T型，P+的底部宽度大于上部宽度。

所述阴极金属为Ti、Al、Ni或Pt。

所述阴极金属与碳化硅N+衬底之间形成欧姆接触。

所述阳极金属为Ni/Au、Ni/Pt或Pt/Au。

所述阳极金属与P+之间形成欧姆接触，与N-外延层之间形成肖特基接触。