快恢復(fù)二極管的壽命控制技術(shù)

  PIN結(jié)構(gòu)的快恢復(fù)二極管具有良好的反向阻擋能力，然而其反向恢復(fù)特性卻較差，在反向恢復(fù)過程中高（di/dt）將在電感中產(chǎn)生較大的電壓(V=L(di/dt))，從而影響整個(gè)電路的正常工作；再者，PIN結(jié)構(gòu)的整流器，高（di/dt）將在LC電路中產(chǎn)生諧振，進(jìn)而產(chǎn)生大量輻射，導(dǎo)致EMI問題；另外，高（di/dt）也將在含電感電路中造成dV/dt(dV/dt=L(d²i/dt²))較大的問題，加速絕緣材料老化，影響系統(tǒng)安全性。這主要是由少子有限的擴(kuò)散速度造成的，與N基區(qū)材料電阻率及基區(qū)寬度有關(guān)。為了改善二極管的快恢復(fù)特性，在器件的設(shè)計(jì)與制作工藝上采用了少數(shù)載流子壽命控制技術(shù)。
 
  提高快恢復(fù)速度的最有效辦法就是采用可控的方式在基區(qū)晶格中引入復(fù)合中心，在功率器件制造中，已經(jīng)開發(fā)出兩類壽命控制基本方法，種是采用熱擴(kuò)散雜質(zhì)的方法在硅禁帶中引入深能級(jí)，如擴(kuò)金、擴(kuò)鉑等；另一種是采用高能粒子轟擊硅晶體造成空位和間隙原子的晶格缺陷，雖然很多高能粒子都可以在硅晶體中造出空位和間隙原子缺陷，但是只有電子輻照、Co60伽馬射線由于能夠在硅材料中得到隨深度壽命均勻降低效果，因而得以廣泛使用。
 
  為了確保在硅材料中得到均勻的深能級(jí)雜質(zhì)，通常擴(kuò)金、擴(kuò)鉑工藝要求在800-900℃條件下進(jìn)行。由于固溶度于溫度條件相關(guān)，所以硅材料中深能級(jí)雜質(zhì)的濃度有設(shè)定的工藝溫度決定。熱擴(kuò)散完成后，必須采用快速降溫的退火條件將深能級(jí)雜質(zhì)凍結(jié)在晶格中。由于擴(kuò)金、擴(kuò)鉑工藝溫度要高于鋁硅合金共晶溫度，所以壽命控制工藝要在合金前完成，這也意味著完成深能級(jí)雜質(zhì)引入后不能夠立即得到器件壽命相關(guān)參數(shù)。更糟糕的是，擴(kuò)散溫度的小幅變化就會(huì)造成器件性能顯著的不同，這些可以采用高能粒子輻照的方法加以解決。
 
  高能粒子輻照方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：
  1)此工藝可以在室溫下進(jìn)行，也就是說，完成器件的所有加工工藝后再采用這種方法控制載流子壽命。并且完成壽命控制工藝后，立刻進(jìn)行器件參數(shù)測試。
  2)可以通過控制輻照粒子劑量，來精確控制載流子壽命分布。
  3)可以通過在400℃條件的退火工藝，消除輻照缺陷。
  4)輻照工藝不會(huì)像擴(kuò)散工藝那樣引入其他雜質(zhì)污染。
  雖然電子輻照技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是由于微弱的放射性讓大家心有余悸。
  少子壽命下降的同時(shí)，器件通態(tài)正向壓降增加，漏電流也增加，與擴(kuò)鉑和電子輻照比較，擴(kuò)金工藝可以得到優(yōu)越的通態(tài)特性，低的正向壓降，優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性。但復(fù)合中心能級(jí)靠近Ei，漏電流較大。電子輻照器件的漏電流小，但壓降不如擴(kuò)金器件好，與擴(kuò)金工藝比較，擴(kuò)鉑器件得到較好的漏電流特性，尤其適用大功率器件，如圖1所示。
 
  He++輻照與擴(kuò)鉑工藝結(jié)合，可以有選擇的在器件漂移區(qū)某個(gè)局域范圍內(nèi)得到較短的少子壽命區(qū)，其他區(qū)域通過PtSi(鉑的硅化物)在陽極表面擴(kuò)散獲得較長的少子壽命。這種工藝可以獲得較低的電子俘獲截面和較低固溶度的替位鉑原子，因而保證器件具有低漏電流，低正向壓降，更好的壽命降低缺陷熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。

 
  由于反向恢復(fù)時(shí)間是大功率快恢復(fù)二極管的主要?jiǎng)討B(tài)特性參數(shù)，介紹了業(yè)內(nèi)主要的少子壽命控制技術(shù)手段。與其他壽命控制技術(shù)比較，擴(kuò)鉑工藝得到較好的漏電流特性，尤其適用于大功率器件。



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