具有鉑復(fù)合中心的硅片材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于二極管的制備領(lǐng)域，具體涉及一種具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備 方法及由所述硅片材料制備得到的快恢復(fù)二極管。
【背景技術(shù)】
[0002] 快恢復(fù)二極管(簡稱FRD)，是一種具有開關(guān)特性好、反向恢復(fù)時間短特點的半導(dǎo)體 二極管，主要應(yīng)用于開關(guān)電源、PWM脈寬調(diào)制器、變頻器等電子電路中，作為高頻整流二極 管、續(xù)流二極管或阻尼二極管使用。
[0003]在快恢復(fù)二極管中，硅快恢復(fù)二極管應(yīng)用廣泛。為了提高開關(guān)速度，減少反向恢復(fù) 時間T"，傳統(tǒng)的方法是采用重金屬摻雜(如摻金、摻鉬）和電子輻射等技術(shù)在二極管中大面 積甚至是整體引入復(fù)合中心來消除二極管中的過剩載流子，實現(xiàn)降低器件反向恢復(fù)時間1" 的目的。摻金器件能級較深，高溫特性較差；電子輻照感生的缺陷不穩(wěn)定，在較低溫度下會 退化消失，且制備得到的器件漏電流偏大；而鉬擴散形成的替位原子是穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，因此器 件的高溫穩(wěn)定性好，但鉬擴散二極管正向壓降（Vf)和反向恢復(fù)時間（T")特性較差。
[0004]因此，在快恢復(fù)二極管的制備過程中，常見的制備具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的 方法是鉬蒸發(fā)或鉬濺射。在快恢復(fù)二極管中，作為復(fù)合中心的鉬量很小，鉬濺射或鉬蒸發(fā)造 成鉬的消耗量過大，過多的鉬在硅片上，造成浪費，且提高了制作成本；而鉬蒸發(fā)或鉬濺射 是以物理方式沉積在硅片表面，導(dǎo)致應(yīng)力，帶來的過多的張力，影響鉬的激活，阻礙鉬成為 有效的復(fù)合中心，造成快恢復(fù)二極管性能欠佳。
[0005]因此，本領(lǐng)域急需一種制備具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的方法，該方法的成本低， 操作簡便，條件易控，制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復(fù)二極管的性能表現(xiàn)良好。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的 制備方法，該方法的操作簡便，條件易控，且制備得到的鉬摻雜硅材料用于快恢復(fù)二極管的 性能表現(xiàn)良好。
[0007]本發(fā)明提供的具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備方法是將硅片材料浸泡在鉬摻 雜溶液中，使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達到降低應(yīng)力幾乎為零的目的，之后 將附著在硅片表面的剩余的鉬元素清洗去除，經(jīng)退火后，實現(xiàn)在硅片材料中形成高效的鉬 復(fù)合中心的目的，實現(xiàn)正向壓降（Vf)和反向恢復(fù)時間（T")性能的最優(yōu)化。
[0008]本發(fā)明提供的方法創(chuàng)新性地采用鉬摻雜溶液實現(xiàn)對硅片材料的鉬摻雜，獲得具有 鉬復(fù)合中心的硅片材料，克服了現(xiàn)有技術(shù)只采用鉬蒸發(fā)、鉬濺射等氣相沉積方法進行鉬摻 雜的技術(shù)偏見，并獲得了優(yōu)異的正向壓降（Vf)和反向恢復(fù)時間（T")。
[0009]本發(fā)明首先提供了一種具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備方法，所述方法包括如 下步驟：
[0010] (1)將硅片浸泡在鉬摻雜溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；所述硅片為PN結(jié)二 極管硅片；
[0011] (2)退火，獲得鉬摻雜的硅片；
[0012] (3)采用鹽酸和雙氧水的混合溶液對步驟（2)得到的硅片進行清洗，取出晾干后獲 得具有鉬復(fù)合中心的娃片材料。
[0013] 本發(fā)明提供的具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備方法中，通過將硅片浸泡在鉬摻 雜溶液中，實現(xiàn)了將鉬元素吸附于硅片上的目的，退火后使鉬元素擴散至硅片內(nèi)部，被激活 為有效的復(fù)合中心，并且最后經(jīng)過對鉬摻雜硅片的清洗，對硅片中摻雜的鉬含量進行控制， 并有效防止重金屬對硅片的污染。
[0014] 本發(fā)明步驟（1)所述鉬摻雜溶液為含有鉬離子的硅腐蝕體系。
[0015] 本發(fā)明所述硅片為任何型號的PN結(jié)二極管硅片，不做具體限定，本領(lǐng)域可以通過 專業(yè)知識進行制作或者通過商購獲得。
[0016] 本發(fā)明對于鉬離子的硅腐蝕體系沒有具體限定，只要是能夠?qū)崿F(xiàn)將鉬元素擴散至 硅片材料內(nèi)部的溶液均可實現(xiàn)本發(fā)明。典型但非限制性的鉬離子可以以氯亞鉬酸銨、鉬酸 銨或氯鉬酸的形式加入；典型但非限制性的硅腐蝕體系可以是氫氟酸溶液、氫氟酸-硝酸 溶液、氫氟酸-硫酸溶液或氫氟酸-鹽酸溶液等。也就是說，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液可以是 含有任何鉬離子的任何硅腐蝕體系。
[0017] 優(yōu)選地，所述硅腐蝕體系由氫氟酸與硝酸、鹽酸或硫酸中的任意1種或至少2種的 組合。
[0018] 優(yōu)選地，所述鉬離子以氯亞鉬酸銨的形式加入。
[0019] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述鉬摻雜溶液為含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液；
[0020] 優(yōu)選地，所述含有氯亞鉬酸銨的氫氟酸溶液中，氯亞鉬酸銨的濃度為0.01~l〇g/ L去離子水；每克氯亞鉬酸銨對應(yīng)0. 1~1000mL的氫氟酸；所述氫氟酸以30v%的濃度計。 也就是說，在所述浸泡溶液中，每升去離子水加入0.01~l〇g氯亞鉬酸銨；每克氯亞鉬酸銨 對應(yīng)0. 1~1000mL的氫氟酸。
[0021] 典型但非限制性地，氯亞鉬酸銨的濃度為0. 01~10g/L，例如0. 02g/L、0. 07g/L、 0?14g/L、0. 18g/L、0.5g/L、0. 8g/L、l. 3g/L、2. 7g/L、3. 3g/L、5g/L、6.4g/L、7.8g/L、8.7g/ L、9. 5g/L、9. 9g/L等；每克氯亞鉬酸銨對應(yīng)加入氫氟酸的量為0. 4mL、0. 9mL、l. 4mL、4mL、 15mL、27mL、44mL、58mL、70mL、120mL、205mL、220mL、287mL、356mL、568mL、675mL、780mL、 956mL、998mL等。
[0022] 本發(fā)明所述加入的氫氟酸以30v%的濃度計。本發(fā)明并不限定氫氟酸的濃度，此處 所述氫氟酸以30v%的濃度計，只是為了更明確的表示實際加入的氫氟酸的量，也就是說， 本發(fā)明加入的氫氟酸的濃度可以是任意可以獲得的氫氟酸的濃度，例如20%、25%、40%、37% 等。
[0023] 本發(fā)明所述具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備方法步驟（1)中，所述浸泡時間 > 0.1s，例如 0.5s、4s、35s、80s、208s、296s、450s、552s、700s、852s、968s、1058s、1540s、 1854s、2050s、2358s等；優(yōu)選 0? 1 ~2000s。
[0024] 優(yōu)選地，步驟（1)所述浸泡溫度為5~50°C，優(yōu)選20~35°C，例如22°C、25°C、 29°C、34°C等。
[0025] 本發(fā)明對于退火的方式不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)掌握的專業(yè)知識 和實際情況對退火的方式和條件進行選擇，典型但非限制性的包括真空退火、爐管退火、接 觸式大電流退火、紅外退火或感應(yīng)式退火爐退火等等。
[0026] 優(yōu)選地，步驟（2)所述退火的方式選自爐管退火和/或紅外退火。
[0027] 本發(fā)明對于退火的具體條件也不做具體限定，典型但非限制性的，所述爐管退火 的條件為：退火溫度300~1200°C，退火時間1~500min。
[0028] 優(yōu)選地，步驟（3)所述鹽酸和雙氧水的混合溶液中，鹽酸和雙氧水的體積比為 (5 ~60) :1，例如 6:1、13:1、17:1、22:1、26:1、30:1、37:1、42:1、46:1、53:1、58:1 等；其中 鹽酸以濃度為30v%計。
[0029] 優(yōu)選地，步驟（3)所述清洗的方式為沖洗。
[0030]優(yōu)選地，所述清洗的時間彡 10s，例如 20s、85s、168s、350s、580s、890s、1000s、 1358s、1685s、1850s、1900s、1985s等，優(yōu)選 10 ~2000s。
[0031] 優(yōu)選地，所述清洗的溫度為10~301：，例如121：、181：、251：、291：等，優(yōu)選20~ 30。。。
[0032] 優(yōu)選地，步驟（2)之前進行步驟（2'）：清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片上游離 的鉬尚子。
[0033] 本發(fā)明對于"步驟（2'）：清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片上游離的鉬離子"的 方式不做具體限定，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)掌握的專業(yè)知識或?qū)嶋H情況進行選擇，典型 但非限制性的包括：將吸附了鉬離子的硅片置于氫氟酸中浸泡或沖洗；或?qū)⑽搅算f離子 的硅片置于雙氧水和硫酸溶液中浸泡或沖洗；或?qū)⑽搅算f離子的硅片置于氫氟酸和氟化 銨中進行浸泡或清洗；或者將吸附了鉬離子的硅片置于去離子水中進行浸泡或清洗等等。 [0034] 作為優(yōu)選技術(shù)方案，本發(fā)明所述具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的制備方法包括如下 步驟：
[0035] (1)將硅片浸泡在鉬摻雜溶液中，獲得吸附了鉬離子的硅片；
[0036] (2'）清洗吸附了鉬離子的硅片，除去硅片表面游離的鉬離子；
[0037] (2)將步驟（2'）清洗后的硅片退火，獲得鉬摻雜的硅片；
[0038] (3)采用鹽酸和雙氧水的混合溶液對步驟（2)得到的硅片進行清洗，取出晾干后獲 得具有鉬復(fù)合中心的娃片材料。
[0039] 本發(fā)明進一步提供了一種快恢復(fù)二極管，所述快恢復(fù)二極管方法制備得到的具有 鉬復(fù)合中心的硅片材料制備得到。
[0040] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0041] (1)本發(fā)明提供的方法克服了現(xiàn)有技術(shù)采用氣相沉積(如蒸發(fā)或濺射）進行鉬摻雜 的技術(shù)偏見，創(chuàng)新性的采用溶液對硅片材料進行鉬摻雜，為具有鉬復(fù)合中心的硅片材料的 制備方法提供了一種新的思路；
[0042] (2)本發(fā)明提供的鉬摻雜方法使鉬離子以游離態(tài)的形式吸附在硅片表面，達到降 低應(yīng)力幾乎為零的目的，這種方式有助于鉬在硅片材料中形成高效的復(fù)合中心，實現(xiàn)正向 壓降（Vf)和反向恢復(fù)時間（T")性能的最優(yōu)化；
[0043] (3)本發(fā)明通過對退貨后的鉬摻雜硅片進行清洗，實現(xiàn)了對硅片中摻雜的鉬元素 的量的控制，并有效防止重金屬對硅片的污染，獲得了具有鉬復(fù)合中心的硅片材料；
[0044] (4)提供的鉬摻雜方法操作簡便，條件易控，且制備得到的具有鉬復(fù)合中心的硅片 材料用于快恢復(fù)二極管的性能表現(xiàn)優(yōu)良。
【具體實施方式】
[0045] 為便于理解本發(fā)明，本發(fā)明列舉實施例如下。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明了，所述實施 例僅僅是幫助理解本發(fā)明，不應(yīng)視為對本發(fā)明的具體限制。
[0046] 本發(fā)明【具體實施方式】所使用的PN結(jié)二極管硅片的厚度為390iim，其中，P為5Q/ cnT1，N為15Q/CHT1的6