一种快恢复二极管结构的制作方法

1.本实用新型涉及二极管领域，特别涉及一种快恢复二极管结构。


背景技术：

2.功率器件作为电力电子技术的基础，其应用范围几乎覆盖整个电力电子领域。而功率二极管以其为最基础最常用的功率器件之一，其应用十分广泛，常应用于开关电源、pwm脉冲调制器、逆变器等领域，其通常起整流与续流的作用。
3.在低压的应用领域,肖特基二极管以其开关速度快，低开启电压的特性占据优势，随着应用电压增高pin二极管备受青睐，其结构为p+n-n+，正向导通时，由于电导调制效应，使得pin二极管正向压降极低，由正向导通切换到反向关断时，需要将注入的载流子全部抽走才能到达阻断的状态，反向恢复过程时间较长，随着应用环境向着高压、大电流、高频发展，需要pin二极管拥有更快的开关速度以及更软的恢复特性，以及在需求更高电压、更高频、更大电流时，双基区二极管结构不能完全满足应用需求。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种快恢复二极管结构，其优点是可以同时满足具有更低的反向恢复时间、更软的反向恢复特性以及更高的击穿电压要求。
5.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
6.一种快恢复二极管结构，包括有源区，所述有源区的两端分别设置有终端区，所述终端区与有源区之间设置有用于连接两者的过渡区；所述有源区由周期排布的多个元胞组成，所述元胞的垂直结构包括n+阴极区、n缓冲层、n-外延层（基区）和p+阳极区， n-外延层的顶部通过离子注入形成n阱，所述n阱与所述p+阳极区形成p+n结，所述n阱上设置有p型导电层结构的p阱，所述n阱、p阱和p+n结形成马鞍状阳极结构。
7.通过上述技术方案，n阱结构可以减小阳极注入基区的空穴数量，使反向恢复所需的时间更短同时产生更低的反向恢复电流，马鞍状阳极结构可以将击穿点由过渡区转移到有源区，击穿点在p阱的角落区域，击穿电流均匀分布在整个器件，从而提升器件的可靠性。
8.本实用新型进一步设置为：所述p+阳极区为p型高掺杂，n-外延层为n型低掺杂，n+阴极区为n型高掺杂。
9.本实用新型进一步设置为：所述n-外延层中设置有用于改善其电场分布的δepi层。
10.通过上述技术方案：δepi层可以改善基区的电场分布，从而改善器件的击穿特性，与此同时δepi层可以改善远离pn结区域的载流子数量，从而改善器件的反向恢复特性。
11.本实用新型进一步设置为：所述n缓冲层的掺杂浓度介于n-外延层和n+阴极区之间，以实现延缓反向恢复末期载流子的抽取速度，从而增加器件的软度。
12.本实用新型进一步设置为：所述n缓冲层的掺杂浓度高出n-外延层一个数量级。
13.通过上述技术方案，在二极管正向导通时，n缓冲层也会注入大量的载流子，此部分载流子可以延缓反向恢复末期的载流子的抽取，从而达到增加软度的作用，由于反向恢复软度的增加，反向恢复末期的di/dt得到极大的抑制，使二极管两端电的反向电压降低，可以有效减小二极管引起的电磁干扰，震荡，同时还能提升开关器件的使用寿命。
14.本实用新型进一步设置为：所述δepi层的掺杂浓度、位置、宽度和层数可调，其掺杂浓度与n-外延层的掺杂浓度不同。
15.通过上述技术方案，可以根据二极管的不同设计需求调整δepi层的参数，以适用不同的应用需求。
16.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
17.1.通过加入n阱，可以有效提升二极管的可靠性与稳定性，同时减小阳极注入基区的空穴数量，使反向恢复所需的时间更短同时产生更低的反向恢复电流；
18.2.n阱和p阱形成的马鞍状阳极结构可以将击穿点由过渡区转移到有源区，击穿点在p阱的角落区域，击穿电流均匀分布在整个器件，从而提升器件的可靠性；
19.3.通过在二极管的基区添加δepi层，可以改善远离p/n结区域的载流子数量，从而改善器件的反向恢复特性。
附图说明
20.图1是实施例的二极管结构示意图；
21.图2是实施例的二极管的元胞结构示意图；
22.图3是实施例的反向恢复曲线示意图；
23.图4是实施例2的二极管的元胞结构示意图。
24.附图标记：1、有源区；2、终端区；3、过渡区；4、元胞；5、n+阴极区；6、n缓冲层；7、n-外延层；8、p+阳极区；9、δepi层；10、n阱；11、p阱。
具体实施方式
25.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
26.实施例1：
27.参考图1，一种快恢复二极管结构，包括有源区1，有源区1的两端分别设置有终端区2，终端区2与有源区1之间设置有用于连接两者的过渡区3；有源区1由周期排布的多个元胞4组成，元胞4的垂直结构包括n+阴极区5、n缓冲层6、n-外延层7（基区）和p+阳极区8，p+阳极区8为p型高掺杂，n-外延层7为n型低掺杂，n+阴极区5为n型高掺杂，n缓冲层6的掺杂浓度高出n-外延层7一个数量级并小于n+阴极区5，以增加二极管的软度。
28.参考图1和图2，n-外延层7的顶部通过离子注入形成层状的n阱10，n阱10与p+阳极区形成p+n结，n阱10上周期设置有多个p型导电层结构的p阱11，p阱11插嵌设置在n阱10的内部，n阱10、p阱11和p+n结形成马鞍状阳极结构，n阱10通过减小阳极注入基区的空穴数量，可以使反向恢复时间更短，同时减小反向恢复电流，在发生反向击穿时，由于马鞍结构的引入，击穿电流均匀分布在有源区，从而避免器件在过渡区被热击穿，增加器件的可靠性。
29.参考图1和图2，n-外延层7中设置有用于改善其电场分布的δepi层9，δepi层9的
掺杂浓度、位置、宽度和层数可调，其掺杂浓度与n-外延层7的掺杂浓度不同，可以改善远离p/n结区域的载流子数量，从而改善器件的反向恢复特性。
30.参考图3，此为tcad仿真双基区二极管与本实施例二极管（swdwe二极管）的反向恢复曲线，仿真结果显示本实施例公开的swdwe二极管反向恢复时间更短，拥有更低的反向恢复峰值电流和反向恢复峰值电压。
31.实施例2：
32.参考图4，一种快恢复二极管结构，相对于实施例1，对n阱10和p阱11的连接方式做出改变，n-外延层7的顶部设置有多个独立的n阱10，n阱10内包覆设置有p阱11，以形成独立的马鞍状阳极结构，相邻的马鞍状阳极结构之间的间距可以调整，以适用不同击穿需求的产品。
33.本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。


技术特征：
1.一种快恢复二极管结构，其特征在于，包括有源区(1)，所述有源区(1)的两端分别设置有终端区(2)，所述终端区(2)与有源区(1)之间设置有用于连接两者的过渡区(3)；所述有源区(1)由周期排布的多个元胞(4)组成，所述元胞(4)的垂直结构包括n+阴极区(5)、n缓冲层(6)、n-外延层(7)和p+阳极区(8)，所述n-外延层(7)的顶部通过离子注入形成n阱(10)，所述n阱(10)与所述p+阳极区形成p+n结，所述n阱(10)上设置有p型导电层结构的p阱(11)，所述n阱(10)、p阱(11)和p+n结形成马鞍状阳极结构。2.根据权利要求1所述的一种快恢复二极管结构，其特征在于，所述p+阳极区(8)为p型高掺杂，n-外延层(7)为n型低掺杂，n+阴极区(5)为n型高掺杂。3.根据权利要求2所述的一种快恢复二极管结构，其特征在于，所述n-外延层(7)中设置有用于改善其电场分布的δepi层(9)。4.根据权利要求1所述的一种快恢复二极管结构，其特征在于，所述n缓冲层(6)的掺杂浓度介于n-外延层(7)和n+阴极区(5)之间，以增加二极管的软度。5.根据权利要求4所述的一种快恢复二极管结构，其特征在于，所述n缓冲层(6)的掺杂浓度高出n-外延层(7)一个数量级。6.根据权利要求3所述的一种快恢复二极管结构，其特征在于，所述δepi层(9)的掺杂浓度、位置、宽度和层数可调，其掺杂浓度与n-外延层(7)的掺杂浓度不同。

技术总结
本实用新型公开了一种快恢复二极管结构，应用在二极管领域，其技术方案要点是：包括有源区，有源区由周期排布的多个元胞组成，元胞的垂直结构包括N+阴极区、N缓冲层、N-外延层（基区）和P+阳极区，N-外延层的顶部通过离子注入形成N阱，N阱与P+阳极区形成P+N结，N阱上设置有P型导电层结构的P阱，N阱、P阱和P+N结形成马鞍状阳极结构；具有的技术效果是：N阱可以减小阳极注入基区的空穴数量，使反向恢复的时间更短同时降低反向恢复电流，马鞍状阳极结构可以将击穿点由过渡区转移到有源区，从而提升器件的可靠性，通过在二极管的基区添加ΔEpi层，层可以改善远离P/N结区域的载流子数量，从而改善器件的反向恢复特性。改善器件的反向恢复特性。改善器件的反向恢复特性。


技术研发人员：梁凯 王荣华
受保护的技术使用者：无锡美偌科微电子有限公司
技术研发日：2022.06.30
技术公布日：2022/11/1