一种硅材料的铂掺杂方法及快恢复二极管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于二极管的制备领域，具体涉及一种硅材料的钼掺杂方法及采用所述钼 掺杂方法制备得到的快恢复二极管。
【背景技术】
[0002] 快恢复二极管(简称FRD)，是一种具有开关特性好、反向恢复时间短特点的半导体 二极管，主要应用于开关电源、PWM脉宽调制器、变频器等电子电路中，作为高频整流二极 管、续流二极管或阻尼二极管使用。
[0003] 在快恢复二极管中，硅快恢复二极管应用广泛。为了提高开关速度，减少反向恢复 时间T"，传统的方法是采用重金属掺杂(如掺金、掺钼）和电子辐射等技术在二极管中大面 积甚至是整体引入复合中心来消除二极管中的过剩载流子，实现降低器件反向恢复时间1" 的目的。掺金器件能级较深，高温特性较差；电子辐照感生的缺陷不稳定，在较低温度下会 退化消失，且制备得到的器件漏电流偏大；而钼扩散形成的替位原子是稳定的结构，因此器 件的高温稳定性好。
[0004] 在快恢复二极管的制备过程中，常见的掺钼工艺是钼蒸发或钼溅射。在快恢复二 极管中，作为复合中心的钼量很小，钼溅射或钼蒸发造成钼的消耗量过大，过多的钼在硅片 上，造成浪费，且提高了制作成本；而钼蒸发或钼溅射是以物理方式沉积在硅片表面，导致 应力，带来的过多的张力，影响钼的激活，阻碍钼成为有效的复合中心，造成快恢复二极管 性能欠佳。
[0005]因此，本领域急需一种制备快恢复二极管制备工艺过程中的硅材料的钼掺杂的方 法，该方法的成本低，操作简便，条件易控，制备得到的钼掺杂硅材料用于快恢复二极管的 性能表现良好。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种娃材料的钼掺杂的方法，该方 法的操作简便，条件易控，且制备得到的钼掺杂硅材料用于快恢复二极管的性能表现良好。
[0007] 本发明提供的硅材料的钼掺杂的方法是将硅片材料浸泡在钼掺杂溶液中，使钼离 子以游离态的形式吸附在硅片表面，达到降低应力几乎为零的目的，之后将附着在硅片表 面的剩余的钼元素清洗去除，经退火后，实现在硅片材料中形成高效的钼复合中心的目的， 实现正向压降（Vf)和反向恢复时间（T")性能的最优化。
[0008] 本发明提供的方法创新性地采用钼掺杂溶液实现对硅片材料的钼掺杂，克服了现 有技术只采用钼蒸发、钼溅射等气相沉积方法进行钼掺杂的技术偏见，并获得了优异的正 向压降（Vf )和反向恢复时间（T")。
[0009] 本发明首先提供了一种硅材料的钼掺杂方法，所述方法包括如下步骤：
[0010] (1)将硅片浸泡在钼掺杂溶液中，获得吸附了钼离子的硅片；所述硅片为PN结二 极管硅片；
[0011] (2)采用氢氟酸和氟化铵的混合溶液对步骤（1)得到的硅片进行清洗；
[0012] (3)退火，获得钼掺杂的硅材料。
[0013] 本发明提供的硅材料的钼掺杂方法中，通过将硅片浸泡在钼掺杂溶液中，实现了 将钼元素吸附于硅片上的目的，之后清洗去除硅片上游离的过剩钼元素，退火后使钼元素 扩散至硅片内部，并被激活为有效的复合中心。并且，采用步骤（2)的清洗步骤，有益于在 退火过程中，对硅片中掺杂的钼含量进行控制(如清洗时间越长钼掺杂量越低)，并有效防 止游离钼离子对退火设备的污染。
[0014] 本发明所述硅片为任何型号的PN结二极管硅片，不做具体限定，本领域可以通过 专业知识进行制作或者通过商购获得。
[0015] 本发明步骤（1)所述钼掺杂溶液为含有钼离子的硅腐蚀体系。
[0016] 本发明对于钼离子的硅腐蚀体系没有具体限定，只要是能够实现将钼元素扩散至 硅片材料内部的溶液均可实现本发明。典型但非限制性的钼离子可以以氯亚钼酸铵、钼酸 铵或氯钼酸的形式加入；典型但非限制性的硅腐蚀体系可以是氢氟酸溶液、氢氟酸-硝酸 溶液、氢氟酸-硫酸溶液或氢氟酸-盐酸溶液等。也就是说，本发明所述钼掺杂溶液可以是 含有任何钼离子的任何硅腐蚀体系。
[0017] 优选地，所述硅腐蚀体系由氢氟酸与硝酸、盐酸或硫酸中的任意1种或至少2种的 组合。
[0018] 优选地，所述钼离子以氯亚钼酸铵的形式加入。
[0019] 作为优选技术方案，本发明所述钼掺杂溶液为含有氯亚钼酸铵的氢氟酸溶液；
[0020] 优选地，所述含有氯亚钼酸铵的氢氟酸溶液中，氯亚钼酸铵的浓度为0.01~l〇g/ L去离子水；每克氯亚钼酸铵对应0. 1~1000mL的氢氟酸；所述氢氟酸以30v%的浓度计。 也就是说，在所述浸泡溶液中，每升去离子水添加0.01~l〇g氯亚钼酸铵；每克氯亚钼酸铵 对应加入0. 1~l〇〇〇mL的氢氟酸。
[0021] 典型但非限制性地，氯亚钼酸铵的浓度为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；每克氯亚钼酸铵对应加入氢氟酸的量为0. 4mL、0. 9mL、l. 4mL、4mL、 15mL、27mL、44mL、58mL、70mL、120mL、205mL、220mL、287mL、356mL、568mL、675mL、780mL、 956mL、998mL等。
[0022] 本发明所述加入的氢氟酸以30v%的浓度计。本发明并不限定氢氟酸的浓度，此处 所述氢氟酸以30v%的浓度计，只是为了更明确的表示实际加入的氢氟酸的量，也就是说， 本发明加入的氢氟酸的浓度可以是任意可以获得的氢氟酸的浓度，例如20%、25%、40%、37% 等，只需进行相应换算即可。
[0023] 本发明所述硅材料的钼掺杂方法步骤（1)中，所述浸泡时间>0.ls，例如0. 5s、 4s、35s、80s、208s、296s、450s、552s、700s、852s、968s、1058s、1540s、1854s、2050s、2358s 等；优选〇? 1~2000s;浸泡温度为5~50°C，优选20~35°C，例如22°C、25°C、29°C、34°C 等。
[0024] 作为优选技术方案，本发明步骤（2)所述氢氟酸和氟化铵的混合溶液按体积百分 比包括如下组分：
[0025] 氢氟酸 1~30%
[0026]氟化铵 1~30%
[0027]去离子水余量；
[0028] 所述氢氟酸的浓度以30v%计，氟化铵的浓度以98v%计。
[0029] 优选地，步骤（2)所述清洗的方式为冲洗。
[0030]优选地，所述清洗的时间 >lmin，例如 2min、5min、15min、27min、42min、58min、 65min、69min等，优选1~60min;所述清洗的温度为10~60°C，例如12°C、15°C、19°C、 25°C、40°C、58°C等，优选 20 ~35°C。
[0031] 本发明对于退火的方式不做具体限定，本领域技术人员可以根据掌握的专业知识 和实际情况对退火的方式和条件进行选择，典型但非限制性的包括真空退火、炉管退火、接 触式大电流退火、红外退火或感应式退火炉退火等等。
[0032] 优选地，步骤（2)所述退火的方式选自炉管退火和/或红外退火。
[0033] 本发明对于退火的具体条件也不做具体限定，典型但非限制性的，所述炉管退火 的条件为：退火温度300~1200°C，退火时间1~500min。
[0034] 为了能够进一步活化硅片中的钼离子，本发明进一步优选在步骤（2)所述退火之 后将硅片浸泡于盐酸和双氧水的溶液中。
[0035] 作为优选技术方案，本发明所述硅材料的钼掺杂方法包括如下步骤：
[0036] (1)将硅片浸泡在氯亚钼酸铵的氟化氢溶液中，获得吸附了钼离子的硅片；
[0037] (2)采用氢氟酸和氟化铵的混合溶液对步骤（1)得到的硅片进行清洗；
[0038](3)将步骤（2)清洗后的硅片进行退火，将退火后的硅片浸泡于盐酸和双氧水的溶 液中，取出晾干即获得钼掺杂的硅材料。
[0039] 本发明进一步提供了一种快恢复二极管，所述快恢复二极管采用前述方法制备得 到的钼掺杂硅材料制备得到。
[0040] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0041] (1)本发明提供的方法克服了现有技术采用气相沉积(如蒸发或溅射）进行钼掺杂 的技术偏见，创新性的采用溶液对硅片材料进行钼掺杂，为快恢复二极管制备工艺中的钼 掺杂方法提供了一种新的思路；
[0042] (2)本发明提供的钼掺杂方法使钼离子以游离态的形式吸附在硅片表面，达到降 低应力几乎为零的目的，这种方式有助于钼在硅片材料中形成高效的复合中心，实现正向 压降（Vf)和反向恢复时间（T")性能的最优化；
[0043] (3)本发明通过对浸泡钼掺杂溶液后的硅片进行清洗，实现了对硅片中掺杂的钼 元素的量的控制，并有效防止重金属对硅片的污染；
[0044] (4)提供的钼掺杂方法操作简便，条件易控，且制备得到的钼掺杂硅材料用于快恢 复二极管的性能表现良好。
【具体实施方式】
[0045] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施 例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0046] 本发明【具体实施方式】所使用的PN结二极管硅片的厚度为390iim，其中，P为5Q/ cnT1，N为15Q/CHT1的600V，10A的二极管。但是本领域技术人员应该明白，本发明具体实 施方式所使用的PN结二极管硅片只是具体实例，其可以替换为