??改善快恢復(fù)二極管性能的方法
3.改善二極管性能的主要方法
雖然PIN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管管具有良好的反向耐壓能力，但是由于其反向恢復(fù)特性較差，在反向恢復(fù)期間產(chǎn)生較大的反向峰值電壓，從而影響整個(gè)電路的正常工作，其次一個(gè)實(shí)際的PIN整流器。開通瞬間正向壓降幅值要比穩(wěn)態(tài)壓降高一個(gè)數(shù)量級(jí)，該電壓峰值可以超過30V，這主要是由少子有限的擴(kuò)散速度造成的，它與N禁區(qū)材料電阻率及基區(qū)寬度有關(guān)。為了改善二極管的工作特性，在器件的設(shè)計(jì)與制作工藝上均采用了相關(guān)的技術(shù)。
少子壽命控制技術(shù)
由于少子壽命的變化及少子壽命的控制方法影響著快恢復(fù)器件的頻率特性和反向恢復(fù)軟度，因此少子壽命的控制技術(shù)就處于十分重要的地位。少子壽命控制技術(shù)按其特點(diǎn)可分為三種類型：常規(guī)型、重金屬摻雜型和電子輻射型。
常規(guī)型
常規(guī)型就是通過調(diào)整開關(guān)管的結(jié)構(gòu)參數(shù)來(lái)達(dá)到控制少子壽命的目的。包括以下幾種方法：減小材料電阻率，雜質(zhì)分布的控制、減薄基區(qū)厚度。
重金屬摻雜型
在二極管的制造過程中，有意識(shí)的選擇某種合適的深能級(jí)重金屬雜質(zhì)擴(kuò)散在半導(dǎo)體中，可以用來(lái)降低少子壽命，提高反向恢復(fù)軟度。常用的重金屬雜質(zhì)有金、鉑、鈀等。
重金屬雜質(zhì)類型對(duì)器件特性有明顯影響：
少子壽命與溫度的關(guān)系——由于載流子的熱速度Vt和俘獲截面Qp都是溫度的函數(shù)，所以少子壽命與溫度也有較大的關(guān)系，具體情況如圖1所示?？梢娫谏僮訅勖c溫度之間的變化關(guān)系中摻金最小，摻鈀次之，摻鉑最大。
圖1 金、鉑、鈀與溫度的關(guān)系
重金屬雜質(zhì)類型與電阻率的關(guān)系——摻雜在硅中的深能級(jí)重金屬雜質(zhì)如果具有一定的受主或施主的性質(zhì)，由于補(bǔ)償作用的存在，摻雜重金屬將會(huì)引起電阻率發(fā)生變化、這種補(bǔ)償作用的大小與原材料電阻率及重金屬雜質(zhì)摻雜在半導(dǎo)體中的導(dǎo)電類型及濃度有關(guān)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，n型半導(dǎo)體摻金后電阻率會(huì)上升，而摻雜鉑、鈀后電阻率反而會(huì)降低。電阻率的上升會(huì)提高擊穿電壓，但對(duì)器件的其他電特性可能會(huì)有不利的影響。
重金屬雜質(zhì)類型與通態(tài)壓降的關(guān)系——采用摻金、摻鉑和12Mev電子輻照技術(shù)后，將引起二極管的特征參數(shù)τ的變化，從而直接影響到二極管的主要參數(shù)VF和trr。少子壽命控制方法的選擇應(yīng)使器件有較好的VF——trr折衷曲線，即在trr滿足條件時(shí)，VF越小越好，這有利于減小功率高頻二極管的正向損耗。摻金、摻鉑和12Mev電子輻照高頻二極管的VF——trr折衷曲線如圖2所示。
圖2 高頻二極管的VF——trr折衷曲線
重金屬雜質(zhì)類型與軟度因子的關(guān)系——不同的少子壽命控制方法會(huì)產(chǎn)生不同的軟度因子，資料表明，摻金后二極管的軟度因子為0.56，摻鉑后二極管的軟度因子為0.62，電子輻照后二極管的軟度因子為0.34?？梢?，摻鉑后二極管的軟度因子最大，摻金次之，電子輻照最差。
綜上所述，由于摻金的VF——trr折衷曲線最佳，受溫度的影響最小，二極管的軟度因子也比較大，所以摻金工藝得到了廣泛應(yīng)用。在我們的課題中也準(zhǔn)備采用擴(kuò)金工藝作為首要的少于壽命控制方法。
電子輻照型
所謂輻照型，就是將制成的成品置于輻照?qǐng)鲋校酶吣茈娮舆M(jìn)行轟擊，使半導(dǎo)體中的硅原子脫離正常格點(diǎn)位置而形成氧空位、磷空位、雙空位等，并相應(yīng)的在硅禁帶內(nèi)形成各種深能級(jí)復(fù)合中心，從而達(dá)到控制少子壽命的目的。
電子輻照的特點(diǎn)是通過對(duì)電子注入劑量的調(diào)節(jié)能夠精確控制少子壽命，從而可以很好的協(xié)調(diào)器件諸電參數(shù)對(duì)少子壽命的不同要求，而且它可以在器件制造完成后進(jìn)行，使制作過程簡(jiǎn)單化、靈活化。
采用新結(jié)構(gòu)
采用新的結(jié)構(gòu)從而改善二極管的性能，例如采用理想歐姆接觸。傳統(tǒng)的PIN整流器在n-n+界面采用歐姆接觸只是對(duì)多子而言。由于n-n+高低結(jié)產(chǎn)生的內(nèi)建電場(chǎng)的影響，對(duì)少子n-n+并不形成歐姆接觸結(jié)構(gòu)。理想歐姆接觸就是一種可以使少子和多子均能順利通過的界面，它是由p+區(qū)和n+區(qū)相互嵌位構(gòu)成的，如圖5所示。在這種結(jié)構(gòu)中，空穴經(jīng)過p+通過界面，電子經(jīng)過n+通過界面。這種結(jié)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)的選擇擴(kuò)散方法得到，也可以采用肖特基接觸代替整個(gè)p+區(qū)，可以省去一次選擇擴(kuò)散過程，如圖6所示。
最近，在制作二極管的工藝流程中，將高電導(dǎo)率的非晶態(tài)硅、鍺、硼合金利用CVD法沉積在p型硅片上，作為理想接觸層，使二極管在正偏時(shí)具有低耗整流特性，反偏時(shí)具有快速開關(guān)特性。
具有理想歐姆接觸的二極管反向恢復(fù)時(shí)間可達(dá)60ns，更低的漏電流，使得二極管可以在高溫下工作。
制作快速二極管的傳統(tǒng)方法是采用摻金、鉑或電子輻照來(lái)降低少子壽命而獲得，然而由于反向恢復(fù)時(shí)間、反向峰值電流及衰減速度、正向壓降等參數(shù)的相互制約限制了這種器件用于許多電力電子應(yīng)用領(lǐng)域，故制作出一種反向恢復(fù)時(shí)間短、恢復(fù)時(shí)反向峰值電流小、且為軟恢復(fù)特性的高速二極管就顯得尤為重要。為此開發(fā)了不同結(jié)構(gòu)的這種二極管，例如有凹型階梯“陰極短路”結(jié)構(gòu)，帶輔助二極管的結(jié)構(gòu)，陰極短路結(jié)構(gòu)，自調(diào)節(jié)發(fā)射效率與理想歐姆接觸二極管(SlOD)等。
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