本技术涉及半导体,尤其涉及一种功率器件及制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆。
背景技术:
1、碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(sic mosfet)由于其优异的高温性能、高电压耐受能力和低导通电阻,已经成为现代电力电子领域的关键元件。然而,由于界面缺陷,sic mosfet存在迁移率低、栅极漏电和阈值电压不稳定的问题,容易造成器件的开关性能较差,器件的尺寸较大。为了进一步改善器件性能,业界的主流方案主要通过栅氧退火技术或者引入高介电常数(k)介质层代替栅氧;但又会存在新的问题,例如退火均匀性难以控制,影响器件一致性;高介电常数材料的制备工艺往往较为复杂,需要高温、高压等特殊条件,这增加了生产成本和工艺控制的难度。
技术实现思路
1、本技术提供了一种功率器件及制备方法、功率模块、功率转换电路和车辆,可以提高器件的开关速度和器件的集成度。
2、根据本技术的一方面,提供了一种功率器件,包括:
3、半导体本体,设置为第一导电类型,半导体本体包括相对设置的第一表面和第二表面,第一表面包括第一子面和第二子面,第二子面位于第一子面的至少一侧;第一子面与第二表面的距离大于第二子面与第二表面的距离,第一子面和第二子面通过第一侧壁连接;半导体本体还包括阱区、第一区域和第二区域;阱区设置为第二导电类型,阱区由第一侧壁延伸至第一区域邻近第二表面的一侧,阱区与第一区域接触;第一区域设置为第一导电类型且位于第二子面;阱区与第一子面之间间隔设置;第一导电类型和第二导电类型不同;
4、栅极,至少位于第一侧壁远离阱区的一侧;
5、源极,位于第二子面远离第二表面的一侧;
6、漏极,位于第二表面远离第一子面的一侧,
7、源极为柔性电极和/或漏极为柔性电极。
8、在上述实施例的基础上,可选的,第一区域在第二表面的垂直投影位于第二子面在第二表面的垂直投影内;或者,部分第一区域在第二表面的垂直投影位于第二子面在第二表面的垂直投影内,且部分第一区域在第二表面的垂直投影位于第一子面在第二表面的垂直投影内。
9、在上述实施例的基础上,可选的,半导体本体还包括:第二区域和第三区域,第二区域设置为第一导电类型且位于第一子面,第二区域由第一子面延伸至阱区邻近第二表面的一侧,第二区域与阱区接触;
10、阱区包括相互连接的第一子区和第二子区,第一子区位于第一区域邻近第二表面的一侧,第二子区位于第一侧壁,且第一区域与第二区域之间;第二子区与第一子面间隔第二区域设置;
11、第三区域设置为第二导电类型,第三区域位于第一区域第一方向的一侧;第三区域与第一区域接触,第三区域与第一子区接触;第一方向为第二子区指向第一区域的方向。
12、在上述实施例的基础上,可选的,功率器件还包括:
13、柔性绝缘层,柔性绝缘层包围栅极;并至少包括位于第一侧壁的部分;
14、柔性绝缘层的材料为柔性绝缘材料;
15、柔性绝缘层的材料包括六方氮化硼、石墨烯衍生物、二维钙钛矿、黑磷、二硫化钼、以及二硫化钨的氧化物或二硫化钨的氮化物中的任意一种。
16、在上述实施例的基础上,可选的,栅极位于第一侧壁远离阱区的一侧,或者,栅极由第一侧壁延伸至第一子面。
17、在上述实施例的基础上,可选的,功率器件还包括:
18、柔性衬底,柔性衬底位于第二表面远离第一子面的一侧;
19、柔性衬底的材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、支聚萘二甲酸乙二醇酯或聚醚醚酮中的任意一种。
20、在上述实施例的基础上,可选的,漏极和源极的材料均包括金属纳米线、碳纳米管、石墨烯、透明导电氧化物、以及碳化钛的过渡金属碳化物和碳化钛的氮化物中的任意一种。
21、根据本技术的另一方面,提供了一种功率器件的制备方法,包括:
22、提供半导体本体;半导体本体设置为第一导电类型,半导体本体包括相对设置的第一表面和第二表面,第一表面包括第一子面和第二子面,第二子面位于第一子面的至少一侧;第一子面与第二表面的距离大于第二子面与第二表面的距离,第一子面和第二子面通过第一侧壁连接;半导体本体还包括阱区和第一区域;阱区设置为第二导电类型,阱区由第一侧壁延伸至第一区域邻近第二表面的一侧,阱区与第一区域接触;第一区域设置为第一导电类型且位于第二子面;阱区与第一子面之间间隔设置;第一导电类型和第二导电类型不同;
23、至少在第一侧壁远离阱区的一侧形成栅极;
24、在第二子面远离第二表面的一侧形成源极;
25、在第二表面远离第一子面的一侧形成漏极;源极为柔性电极和/或漏极为柔性电极。
26、在上述实施例的基础上,可选的,提供半导体本体,包括:
27、在第一衬底的一侧形成第一外延层;
28、形成过渡阱区;过渡阱区位于第一外延层中,且位于第一外延层远离第一衬底的表面;
29、在第一外延层远离第一衬底的一侧形成第二外延层;第二外延层覆盖第一外延层;
30、形成第一区域、第二过渡区域和第三过渡区域;第二过渡区域由第二外延层远离第一衬底的表面延伸至过渡阱区邻近第一衬底的一侧;
31、对过渡阱区、第二过渡区域和第三过渡区域进行刻蚀,形成阱区、第二区域和第三区域,形成第一子面、第二子面和第一侧壁;阱区包括相互连接的第一子区和第二子区,第一子区位于第一区域邻近第二表面的一侧,第二子区位于第一侧壁,且第一区域与第二区域之间;第二子区与第一子面间隔第二区域设置;第三区域设置为第二导电类型,第三区域位于第一区域第一方向的一侧;第三区域与第一区域接触;第三区域与第一子区接触;第一方向为第二子区指向第一区域的方向。
32、在上述实施例的基础上,可选的,提供半导体本体,包括:
33、在第一衬底的一侧形成第一外延层;
34、形成过渡阱区;过渡阱区位于第一外延层中,且位于第一外延层远离第一衬底的表面;
35、在第一外延层远离第一衬底的一侧形成第二外延层;第二外延层覆盖第一外延层;
36、形成第一区域、第二过渡区域和第三区域;第二过渡区域由第二外延层远离第一衬底的表面延伸至过渡阱区邻近第一衬底的一侧;第三区域设置为第二导电类型,第三区域位于第一区域第一方向的一侧;第三区域与第一区域接触;
37、对过渡阱区和第二过渡区域进行刻蚀,形成阱区和第二区域,形成第一子面、第二子面和第一侧壁;阱区包括相互连接的第一子区和第二子区,第一子区位于第一区域邻近第二表面的一侧,第二子区位于第一侧壁,且位于第一区域与第二区域之间;第二子区与第一子面间隔第二区域设置;第三区域与第一子区接触,第一方向为第二子区指向第一区域的方向。
38、在上述实施例的基础上,可选的,制备方法还包括:
39、至少在第一侧壁远离阱区的一侧形成第一绝缘层;第一绝缘层至少覆盖第一侧壁;
40、在栅极远离第一绝缘层的一侧形成第二绝缘层;柔性绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层,第二绝缘层覆盖栅极;柔性绝缘层包围栅极,并至少包括位于第一侧壁的部分;其中,栅极位于第一侧壁远离阱区的一侧,或者,栅极由第一侧壁延伸至第一子面;
41、至少在第一侧壁远离阱区的一侧形成栅极,包括:
42、在第一绝缘层远离第一衬底的一侧形成栅极,栅极覆盖第一绝缘层。
43、在上述实施例的基础上,可选的,制备方法还包括:
44、在第二绝缘层远离第一衬底的一侧形成第二衬底;
45、对第一衬底进行处理,形成第二表面;
46、在第二表面远离第一子面的一侧形成柔性衬底;
47、去除第二衬底。
48、根据本技术的另一方面,提供了一种功率模块,包括基板与本技术任意实施例所述的功率器件,基板用于承载功率器件。
49、根据本技术的另一方面,提供了一种功率转换电路,功率转换电路用于电流转换、电压转换、功率因数校正中的一个或多个;
50、功率转换电路包括电路板以及至少一个本技术任意实施例所述的功率器件,功率体器件与电路板电连接。
51、根据本技术的另一方面,提供了一种车辆,包括负载以及如本技术任意实施例所述的功率转换电路,功率转换电路用于将交流电转换为直流电、将交流电转换为交流电、将直流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电后,输入到负载。
52、本技术实施例技术方案提供的功率器件包括:第一子面与第二表面的距离大于第二子面与第二表面的距离,第一子面和第二子面通过第一侧壁连接;半导体本体还包括阱区和第一区域;阱区由第一侧壁延伸至第一区域邻近第二表面的一侧,阱区与第一区域接触;阱区与第一子面之间间隔设置;栅极,至少位于第一侧壁远离阱区的一侧;源极,位于第二子面远离第二表面的一侧;漏极,位于第二表面第一子面的一侧,源极为柔性电极和/或漏极为柔性电极;本技术可以使得栅极形成三维栅极结构,能够实现更好的静电控制。且本技术中形成的沟道为垂直沟道,垂直沟道具有更高的迁移率,可以提高器件中载流子的迁移率,实现更高的驱动能力和更快的开关速度功率器件。且本技术中的垂直沟道可以将横向尺寸做的更短,不会影响垂直方向的沟道尺寸,从而可以抑制短沟道效应,实现在单位面积内实现更高的功率器件密度,更有利于提高集成电路的集成度和缩小芯片尺寸。本技术设置阱区与第一子面之间间隔设置,可以使得半导体本体隔绝垂直沟道与第一子面,使得垂直沟道不受第一子面中的缺陷散射的影响,使得器件具有更好的开关性能和稳定性。
53、应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本技术的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本技术的范围。本技术的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。