本發(fā)明屬于半導(dǎo)體，具體涉及一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著世界能源消耗的穩(wěn)定增長，移動電子產(chǎn)品、智能家電產(chǎn)品、光伏電站、數(shù)據(jù)中心、電動汽車等對高效率、大功率及緊湊型電源提出了越來越迫切的需求，發(fā)展低損耗功率器件就顯得十分重要。硅(si)在半導(dǎo)體科技的發(fā)展過程中承擔(dān)著主要作用，但由于si自身理論極限較低，無法滿足當(dāng)下低能耗的需求，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料。

2、作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的代表，碳化硅(4h-sic)具有更寬的禁帶寬度(3.26ev)、更優(yōu)異的熱導(dǎo)率(4.6k/w)以及更高的雪崩擊穿電場強度(2.2mv/cm)。因此，碳化硅被認(rèn)為是低損耗電力電子器件的最佳選擇，相較于si基器件，碳化硅可以在降低導(dǎo)通電阻的同時提高擊穿電壓，從而全面降低功率損耗。然而，高擊穿電壓下快速增長的導(dǎo)通電阻導(dǎo)致的高導(dǎo)通損耗限制了碳化硅在高壓領(lǐng)域的進一步發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管及其制備方法。

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，包括：

4、襯底；

5、疊加于所述襯底上的4h-sic漂移層；所述4h-sic漂移層的摻雜濃度自頂部至底部逐漸降低；

6、疊加于所述4h-sic漂移層上的凸?fàn)铍A梯溝道層；

7、疊加于所述凸?fàn)铍A梯溝道層的頂部表面的肖特基勢壘調(diào)制層；所述凸?fàn)铍A梯溝道層的階梯部和所述肖特基勢壘調(diào)制層的兩側(cè)通過離子注入形成有p+型電場掩蔽區(qū)；

8、疊加于所述p+型電場掩蔽區(qū)和所述肖特基勢壘調(diào)制層之上的肖特基接觸層；

9、疊加于所述肖特基接觸層之上的陽極金屬層；

10、疊加于所述襯底之下的歐姆接觸層；

11、疊加于所述歐姆接觸層之下的陰極金屬層。

12、可選的，所述4h-sic漂移層的頂部的摻雜濃度范圍為5.5×1015cm-3～5.5×1016cm-3；所述4h-sic漂移層的底部的摻雜濃度范圍為1×1015cm-3～1×1016cm-3且低于所述4h-sic漂移層的頂部的摻雜濃度；所述4h-sic漂移層的厚度范圍為5μm～12μm。

13、可選的，所述襯底包括4h-sic襯底。

14、可選的，所述凸?fàn)铍A梯溝道層的摻雜濃度范圍為1×1016cm-3～1×1017cm-3。

15、可選的，所述肖特基勢壘調(diào)制層的厚度范圍為0.05μm～0.2μm；所述肖特基勢壘調(diào)制層的摻雜濃度范圍為2×1017cm-3～2×1018cm-3。

16、可選的，所述肖特基接觸層的材質(zhì)為mo或ti-mo合金。

17、可選的，所述歐姆接觸層的材質(zhì)為ni。

18、第二方面，本發(fā)明提供了一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管的制備方法，所述制備方法包括：

19、選取襯底并在所述襯底上形成4h-sic漂移層；

20、在所述4h-sic漂移層上方外延溝道層；

21、在所述溝道層上表面向上外延一層肖特基勢壘調(diào)制層；

22、在所述肖特基勢壘調(diào)制層的上表面除中間區(qū)域外的其他區(qū)域向下刻蝕形成凸?fàn)铍A梯溝道層；

23、從所述凸?fàn)铍A梯溝道層的階梯上表面和所述肖特基勢壘調(diào)制層的兩側(cè)進行離子注入得到p+型電場掩蔽區(qū)；

24、在所述襯底的下表面制作歐姆接觸層；

25、在所述p+型電場掩蔽區(qū)和所述肖特基勢壘調(diào)制層的上表面制作肖特基接觸層；

26、在所述肖特基接觸層的上表面淀積陽極金屬層；

27、在所述歐姆接觸層的下表面淀積陰極金屬層。

28、本發(fā)明提供的一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，通過在凸?fàn)铍A梯溝道層的階梯部和肖特基勢壘調(diào)制層的兩側(cè)通過離子注入可以形成較深的p+型電場掩蔽區(qū)，有效減小了因開啟電壓過低帶來的反向漏電。且對于高擊穿電壓下快速增長的導(dǎo)通電阻導(dǎo)致的高導(dǎo)通損耗的問題，相較于均勻摻雜的漂移層，由于4h-sic漂移層的摻雜濃度自頂部至底部逐漸降低，因此有效減小了導(dǎo)通電阻，避免了高損耗的問題發(fā)生，使得二極管的功率耗散大大降低。

29、以下將結(jié)合附圖及對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。

技術(shù)特征：

1.一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，所述4h-sic漂移層的頂部的摻雜濃度范圍為5.5×1015cm-3～5.5×1016cm-3；所述4h-sic漂移層的底部的摻雜濃度范圍為1×1015cm-3～1×1016cm-3且低于所述4h-sic漂移層的頂部的摻雜濃度；所述4h-sic漂移層的厚度范圍為5μm～12μm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，所述襯底包括4h-sic襯底。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，所述凸?fàn)铍A梯溝道層的摻雜濃度范圍為1×1016cm-3～1×1017cm-3。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二極管，其特征在于，所述肖特基勢壘調(diào)制層的厚度范圍為0.05μm～0.2μm；所述肖特基勢壘調(diào)制層的摻雜濃度范圍為2×1017cm-3～2×1018cm-3。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，所述肖特基接觸層的材質(zhì)為mo或ti-mo合金。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管，其特征在于，所述歐姆接觸層的材質(zhì)為ni。

8.一種低損耗4h-sic結(jié)勢壘肖特基二極管的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種低損耗4H?SiC結(jié)勢壘肖特基二極管，包括：襯底、疊加于襯底上的摻雜濃度自頂部至底部逐漸降低的4H?SiC漂移層、疊加于4H?SiC漂移層上的凸?fàn)铍A梯溝道層、疊加于凸?fàn)铍A梯溝道層的頂部表面的肖特基勢壘調(diào)制層、凸?fàn)铍A梯溝道層的階梯部和肖特基勢壘調(diào)制層的兩側(cè)通過離子注入形成的p+型電場掩蔽區(qū)、疊加于p+型電場掩蔽區(qū)和肖特基勢壘調(diào)制層之上的肖特基接觸層、疊加于肖特基接觸層之上的陽極金屬層、疊加于襯底之下的歐姆接觸層和疊加于歐姆接觸層之下的陰極金屬層。本發(fā)明有效減小了因開啟電壓過低帶來的反向漏電、減小了導(dǎo)通電阻，避免了高損耗的問題發(fā)生，使得二極管的功率耗散大大降低。

技術(shù)研發(fā)人員：袁昊,魏俊楠,宋慶文,湯曉燕,杜豐羽,韓超,周瑜
受保護的技術(shù)使用者：西安電子科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9