一种金刚石肖特基二极管的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体器件技术领域，具体涉及一种金刚石肖特基二极管。
【背景技术】
[0002]金刚石由碳原子组成，属于立方晶系，其结构是布拉维格子为面心立方的复式格子。其高禁带宽度(5.5eV)、高击穿场强(lOMV/cm)、高电子和空穴迀移率(4500cm2/(V.s)和3800cm2/(V-s))和高热导率(22W/(_.Κ))，使金刚石在高频、高效、大功率、高温领域如电力能源电子学、信息电子学、环境电子学等方面有着广泛的应用前景。并且随着微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)技术的发展，用金刚石制成的半导体器件越来越多，其性能也越来越好。相对于S1、SiC、GaN、GaAs等半导体器件有无法比拟的优势。近年来，随着航空航天，电力机车，电动汽车，直流高压传送等方面的广泛发展，对半导体功率转换器件提出了高耐压、大电流、高效率、低损耗、耐高温等方面的要求，现有的半导体材料由于其内禀特性逐渐显露出了在击穿场强、自热效应，电流密度等方面无法满足功率器件要求致命弱点。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种金刚石肖特基二极管及其制作方法，该金刚石肖特基二极管提高了击穿场强、降低反向漏电流，改善了金刚石肖特基二极管的性能。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，包括依次层叠设置的欧姆电极、P型高掺杂金刚石衬底、漂移层和肖特基电极，肖特基电极为单一铪层结构、或底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构。
[0005]进一步的，肖特基电极中，其它金属层为由钛、镍、铂或金形成的单一金属层；或者其它金属层为由钛、镍、铂和金中的一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。
[0006]进一步的，肖特基电极设置为场板结构，且场板结构中介质层为一种或多种材料。
[0007]进一步的，欧姆电极为单一金属层或复合层，其中，单一金属层由钯、钛、金、镍和铂中的一种沉积形成，复合层为由钯、钛、金、镍和铂中一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。
[0008]进一步的，P型高掺杂金刚石衬底中硼原子的含量为NA>1019cnT3。
[0009]进一步的，漂移层为P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层，其中P型低掺杂金刚石层中硼原子的含量为NA〈1017cm_3。
[0010]进一步的，金刚石肖特基二极管经过退火处理。
[0011]本实用新型一种金刚石肖特基二极管，由于铪的金属功函数较低(3.9eV)，在与p型金刚石接触时形成的肖特基势皇高度要高于目前国际上已发表的锆(4.05eV)和钼(约4.6eV)等金属与金刚石接触形成的肖特基势皇高度，可以降低金刚石肖特基二极管的漏电流，改善了金刚石肖特基二极管的反向性能。
【附图说明】
[0012]图1是本实用新型中金刚石肖特基二极管的结构示意图；
[0013]图2是本实用新型实施例中P型尚惨杂金刚石衬底的不意图；
[0014]图3是本实用新型实施例中在P型高掺杂金刚石衬底上外延一层P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层的示意图；
[0015]图4本实用新型实施例中在P型高掺杂金刚石衬底上沉积欧姆电极的示意图。
【具体实施方式】
[0016]金刚石肖特基二极管主要结构为金属电极和P型(硼掺杂)金刚石薄膜形成二极管，它的其中一个重要应用是高耐压，大电流，耐高温的大功率电力转换。目前金刚石的P型掺杂已经比较成熟，利用P型掺杂金刚石制作的金刚石肖特基二极管具有开启电压低、耐高温特性好、整流比大和开关速度快等优点。由于金刚石的击穿电场要远大于其它半导体，故而在同样耐压要求下，金刚石肖特基二极管可以做得更薄，导通电阻更小。并且由于其高的热导率可以有效的散热，稳定性更好。
[0017]为了优化金刚石肖特基二极管的性能，科学家们一直在尝试用不同的金属作为金刚石肖特基二极管的肖特基电极。钼、销、舒、错等金属已在金刚石肖特基二极管应用广泛。在金刚石肖特基二极管的结构中，金刚石薄膜分为两层，轻掺杂(P-)或者本征金刚石层为漂移区耐压，而重掺杂(P+)层可以有效地减小欧姆接触电阻，从而减小二极管的导通电阻。在电极结构上，将场板结构引入肖特基电极可以有效的改善二极管工作在反向电压时的器件内部电场分布，从而提高器件的反向击穿电压。
[0018]如图1所示，一种金刚石肖特基二极管，包括依次层叠设置的欧姆电极1、P型高掺杂金刚石衬底2、漂移层3和肖特基电极4，肖特基电极4为单一铪层结构、或底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构。
[0019]本实用新型在具体实施时，肖特基电极4中，其它金属层为由钛、镍、铂或金形成的单一金属层；或者其它金属层为由钛、镍、铂和金中的一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。肖特基电极4设置为场板结构，且场板结构中介质层为一种或多种材料。介质层选用现有技术中的材料。
[0020]欧姆电极I为单一金属层或复合层，其中，单一金属层由钯、钛、金、镍和铂中的一种沉积形成，复合层为由钯、钛、金、镍和铂中一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。
[0021]P型高掺杂金刚石衬底2中硼原子的含量为NA>1019cm_3。
[0022]漂移层3为P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层。P型低掺杂金刚石层中硼原子的含量为乂〈1017挪3。
[0023]金刚石肖特基二极管经过退火处理。
[0024]本实用新型上述金刚石肖特基二极管的制作方法，该方法如下:通过高温高压或化学气相沉积的方式合成硼掺杂的P型高掺杂金刚石衬底2，如图2所示。采用化学气相沉积技术在P型高掺杂金刚石衬底2上外延生长一层P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层3，如图3所示。在P型高掺杂金刚石衬底下表面沉积金属形成欧姆电极1，如图4所示。
[0025]其中，在P型低掺杂金刚石层或本征单晶金刚石层上表面沉积金属铪，形成单一铪层的肖特基电极4，还可以在金属铪上沉积钛、镍、铂和金单层或者多个单一金属层的复合层，以形成复合层的肖特基电极4，如图1所示。
[0026]本实用新型的金刚石肖特基二极管的制作方法，还包括沉积形成肖特基电极4和欧姆电极I后的退火处理。
[0027]在P型高掺杂金刚石衬底下表面沉积金属形成欧姆电极I和P型低掺杂金刚石层或本征单晶金刚石层上表面沉积金属铪形成单一铪层的肖特基电极4，这两个步骤的先后顺序不予限定。
[0028]本实用新型的其它实施例子，可以根据实际需要改变P型高掺杂金刚石衬底和P型低掺杂金刚石层的浓度、厚度来实现。本实用新型不限于单晶金刚石，还适合于多晶金刚石，适用于各种技术合成的金刚石。
【主权项】
1.一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，包括依次层叠设置的欧姆电极(I)、P型高掺杂金刚石衬底(2)、漂移层(3)和肖特基电极(4)，所述肖特基电极(4)为单一铪层结构、或底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构。
2.如权利要求1所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基电极(4)中，其它金属层为由钛、镍、铂或金形成的单一金属层；或者其它金属层为由钛、镍、铂和金中的一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。
3.如权利要求1或2所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述肖特基电极(4)设置为场板结构，且场板结构中介质层为一种或多种材料。
4.如权利要求1或2所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述欧姆电极(I)为单一金属层或复合层，其中，所述单一金属层由钯、钛、金、镍和铂中的一种沉积形成，所述复合层为由钯、钛、金、镍和铂中一种或多种形成的多个单一金属层复合形成。
5.如权利要求1或2所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述P型高掺杂金刚石衬底⑵中硼原子的含量为NA>1019cm_3。
6.如权利要求1或2所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述漂移层(3)为P型低掺杂金刚石层或本征金刚石层，其中P型低掺杂金刚石层中硼原子的含量为NA< 117Cm 3o
7.如权利要求1或2所述的一种金刚石肖特基二极管，其特征在于，所述金刚石肖特基二极管经过退火处理。
【专利摘要】本实用新型公开了提供一种金刚石肖特基二极管，包括依次层叠设置的欧姆电极、P型高掺杂金刚石衬底、漂移层和肖特基电极，肖特基电极为单一铪层结构、或包括底层为单一铪层的多个单一金属层的复合层结构。该方法制作的金刚石肖特基二极管，提高了耐电压，降低了反向漏电流，改善了其反向性能。
【IPC分类】H01L29-872, H01L29-16, H01L21-329
【公开号】CN204516774
【申请号】CN201520032854
【发明人】王宏兴, 胡超, 王玮, 张景文, 卜忍安, 侯洵
【申请人】王宏兴
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年1月17日