本發(fā)明涉及一種晶體管，具體涉及雙注入雪崩晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、高重頻超快速半導(dǎo)體開關(guān)是產(chǎn)生高重頻超寬譜脈沖的核心器件，決定了高重頻超寬譜系統(tǒng)的性能水平?；诠虘B(tài)脈沖功率器件的超寬譜脈沖源具有重復(fù)頻率高、體積緊湊、重量輕、可靠性高等特點，因此可實現(xiàn)模塊化、小型化和陣列化。與氣體開關(guān)相比，半導(dǎo)體開關(guān)可以提供更高的工作頻率、更高的穩(wěn)定性、更高的可控性以及更小的體積。

2、目前，在組建固態(tài)高重頻超寬譜脈沖源時，主要采用以下幾種半導(dǎo)體開關(guān)器件：漂移階躍恢復(fù)二極管(dsrd)、硅雪崩陡化開關(guān)(sas)、光導(dǎo)開關(guān)(pcss)、快速電離開關(guān)(fid)、雪崩晶體管開關(guān)(abjt)。其中，采用雪崩晶體管開關(guān)構(gòu)建marx電路時，輸出脈沖前沿達百皮秒量級，重復(fù)頻率為百千赫茲以上，且易于模塊化、陣列化合成，因此，雪崩晶體管開關(guān)是當前組建固態(tài)高重頻超寬譜脈沖源的優(yōu)選。

3、傳統(tǒng)雪崩晶體管的結(jié)構(gòu)多為npn型，其導(dǎo)通過程是發(fā)射區(qū)注入的電子在集電區(qū)發(fā)生碰撞電離，從而產(chǎn)生電子-空穴等離子體。在導(dǎo)通過程中，雪崩晶體管因需要維持高場強碰撞電離區(qū)，導(dǎo)致其導(dǎo)通壓降和導(dǎo)通損耗較高，重頻運行下導(dǎo)通損耗造成的溫升使雪崩晶體管性能下降甚至失效，這嚴重限制了雪崩晶體管的重頻提升及性能改善。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有雪崩晶體管在導(dǎo)通過程中因需要維持高場強碰撞電離區(qū)，導(dǎo)致其導(dǎo)通壓降和導(dǎo)通損耗較高，以及重頻運行下導(dǎo)通損耗造成的溫升使雪崩晶體管性能下降甚至失效的技術(shù)問題，而提供一種雙注入雪崩晶體管及其制備方法。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種雙注入雪崩晶體管，包括由下至上依次設(shè)置的集電區(qū)電極、集電區(qū)n+襯底層、集電區(qū)n0外延層，以及p型基區(qū)層、n+發(fā)射區(qū)層、環(huán)狀的基區(qū)電極、板狀的發(fā)射區(qū)電極；所述集電區(qū)n0外延層的頂部中間位置處設(shè)有第一凹腔，所述p型基區(qū)層為帶有第二凹腔的板層結(jié)構(gòu)，p型基區(qū)層設(shè)置在所述第一凹腔內(nèi)；所述n+發(fā)射區(qū)層設(shè)置在所述第二凹腔內(nèi)，n+發(fā)射區(qū)層和p型基區(qū)層的頂部均與集電區(qū)n0外延層的頂部平齊；所述基區(qū)電極設(shè)置在p型基區(qū)層的頂部；所述發(fā)射區(qū)電極設(shè)置在n+發(fā)射區(qū)層的頂部；其特殊之處在于：

4、還包括集電區(qū)p+注入層和多個p+場環(huán)；

5、所述集電區(qū)p+注入層設(shè)置在集電區(qū)n+襯底層與集電區(qū)n0外延層之間；

6、所述集電區(qū)n0外延層的頂部位于p型基區(qū)層的外側(cè)同軸設(shè)置有多個第一環(huán)槽，所述多個p+場環(huán)分別設(shè)置在多個第一環(huán)槽內(nèi)，且所述p+場環(huán)的頂部與集電區(qū)n0外延層的頂部平齊；

7、所述集電區(qū)p+注入層的p+摻雜濃度大于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；所述集電區(qū)n0外延層的n0摻雜濃度小于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；所述p型基區(qū)層的p型摻雜濃度大于集電區(qū)n0外延層的n0摻雜濃度且小于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；所述n+發(fā)射區(qū)層的n+摻雜濃度大于p型基區(qū)層的p型摻雜濃度；所述n+發(fā)射區(qū)層的n+摻雜濃度和p+場環(huán)的p+摻雜濃度均與集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度為同一數(shù)量級。

8、進一步地，所述集電區(qū)p+注入層與集電區(qū)n0外延層之間設(shè)置有n+外延層；

9、所述n+外延層的n+摻雜濃度與集電區(qū)p+注入層的p+摻雜濃度為同一數(shù)量級；所述n+外延層的厚度小于集電區(qū)p+注入層的厚度。

10、進一步地，所述集電區(qū)p+注入層由多個離散的環(huán)形p+注入?yún)^(qū)構(gòu)成，所述集電區(qū)n+襯底層的頂部同軸設(shè)置有多個第二環(huán)槽，多個離散的環(huán)形p+注入?yún)^(qū)分別設(shè)置在多個第二環(huán)槽內(nèi)，且集電區(qū)p+注入層的頂部與集電區(qū)n+襯底層的頂部平齊。

11、進一步地，所述集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度、n+發(fā)射區(qū)層的n+摻雜濃度以及p+場環(huán)的p+摻雜濃度均為1×1019cm-3～9×1019cm-3；所述集電區(qū)p+注入層的p+摻雜濃度是集電區(qū)n+襯底層n+摻雜濃度的2～10倍；所述集電區(qū)n0外延層的n0摻雜濃度為1×1014cm-3～9×1014cm-3；所述p型基區(qū)層的p型摻雜濃度為1×1017cm-3～9×1017cm-3。

12、進一步地，所述基區(qū)電極的寬度小于p型基區(qū)層頂部的寬度；所述發(fā)射區(qū)電極的寬度小于n+發(fā)射區(qū)層的寬度。

13、進一步地，所述基區(qū)電極、發(fā)射區(qū)電極、集電區(qū)電極均采用金屬材質(zhì)；所述集電區(qū)n+襯底層采用硅晶圓材質(zhì)。

14、本發(fā)明還提供了一種上述雙注入雪崩晶體管的制備方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

15、步驟1、選用摻雜元素為n型摻雜元素的集電區(qū)n+襯底層；在集電區(qū)n+襯底層的內(nèi)部注入p型摻雜離子，形成集電區(qū)p+注入層；所述集電區(qū)p+注入層的p+摻雜濃度大于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；

16、步驟2、采用外延工藝，在集電區(qū)p+注入層的頂部制備集電區(qū)n0外延層；所述集電區(qū)n0外延層的摻雜元素為n型摻雜元素，n0摻雜濃度小于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；

17、步驟3、通過掩膜注入的方式，在步驟2中制備的集電區(qū)n0外延層內(nèi)部注入p型摻雜離子，依次形成p型基區(qū)層、位于p型基區(qū)層外側(cè)且同軸的多個p+場環(huán)；p型基區(qū)層和p+場環(huán)的頂部均與集電區(qū)n0外延層的頂部平齊；

18、所述p型基區(qū)層的p型摻雜濃度大于集電區(qū)n0外延層的n0摻雜濃度且小于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度；所述p+場環(huán)的p+摻雜濃度與集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度為同一數(shù)量級；

19、步驟4、通過掩膜注入的方式，在步驟3中形成的p型基區(qū)層內(nèi)部注入n型摻雜離子，形成n+發(fā)射區(qū)層；所述n+發(fā)射區(qū)層的頂部與集電區(qū)n0外延層的頂部平齊；所述n+發(fā)射區(qū)層的n+摻雜濃度與集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度為同一數(shù)量級；

20、步驟5、在步驟2中制備的集電區(qū)n0外延層頂部制備電極層，通過掩膜版刻蝕，形成位于p型基區(qū)層頂部的環(huán)狀發(fā)射區(qū)電極，位于n+發(fā)射區(qū)層頂部的板狀基區(qū)電極；減薄集電區(qū)n+襯底層的底部，直至滿足預(yù)設(shè)厚度；

21、步驟6、在減薄后的集電區(qū)n+襯底層底部制備集電區(qū)電極，劃片，得到分離的雙注入雪崩晶體管。

22、進一步地，步驟2中還包括制備n+外延層的步驟；

23、步驟2具體為：

24、采用外延工藝，在集電區(qū)p+注入層的頂部由下至上依次制備n+外延層、集電區(qū)n0外延層；所述n+外延層的摻雜元素為n型摻雜元素，n+摻雜濃度與集電區(qū)p+注入層的p+摻雜濃度為同一數(shù)量級，其厚度小于集電區(qū)p+注入層的厚度；所述集電區(qū)n0外延層的摻雜元素為n型摻雜元素，n0摻雜濃度小于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度。

25、進一步地，步驟1具體為：選用摻雜元素為n型摻雜元素的集電區(qū)n+襯底層；通過掩膜注入的方式，在集電區(qū)n+襯底層的內(nèi)部注入p型摻雜離子，形成多個離散的環(huán)形p+注入?yún)^(qū)；所述環(huán)形p+注入?yún)^(qū)的頂部與集電區(qū)n+襯底層的頂部平齊，其p+摻雜濃度大于集電區(qū)n+襯底層的n+摻雜濃度。

26、進一步地，步驟1和步驟2中，所述n型摻雜元素為砷；

27、步驟1和步驟3中，所述p型摻雜離子為硼離子；

28、步驟4中，所述n型摻雜離子為砷離子；

29、步驟5中，采用金屬化工藝，在步驟2中制備的集電區(qū)n0外延層頂部制備電極層；

30、步驟6中，采用金屬化工藝，在減薄后的集電區(qū)n+襯底層底部制備集電區(qū)電極。

31、本發(fā)明的有益效果：

32、1、本發(fā)明提供了雙注入雪崩晶體管及其制備方法，其中，在集電區(qū)n+襯底層和集電區(qū)n0外延層之間增加集電區(qū)p+注入層，形成空穴注入?yún)^(qū)。相比于傳統(tǒng)雪崩晶體管在導(dǎo)通后需要依靠電子碰撞電離產(chǎn)生的電子-空穴等離子體，維持低場強準中性區(qū)，本發(fā)明的雪崩晶體管在導(dǎo)通后依靠增加的空穴注入?yún)^(qū)提供空穴，與發(fā)射區(qū)提供的電子共同維持低場強準中性區(qū)，因此可以有效縮減集電區(qū)高電場分布，進而降低晶體管的通態(tài)電壓(即導(dǎo)通壓降較低)，降低開關(guān)損耗，改善重頻運行下溫升大的問題，提高晶體管的工作可靠性。空穴注入?yún)^(qū)還可以為雪崩晶體管導(dǎo)通過程中的碰撞電離提供更多的初始空穴，從而加快雪崩晶體管的導(dǎo)通速度。

33、2、本發(fā)明中，集電區(qū)p+注入層與集電區(qū)n0外延層之間設(shè)置了n+外延層，可以提高雙注入雪崩晶體管的工作電壓。

34、3、本發(fā)明中，離散的環(huán)形p+注入?yún)^(qū)可以提高雙注入雪崩晶體管的工作電壓。