超結(jié)硅鍺功率開(kāi)關(guān)二極管的研究.pdf

1、在對(duì)SiGe材料、SiGe/Si異質(zhì)結(jié)性質(zhì)以及超結(jié)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性質(zhì)等方面研究的基礎(chǔ)上，本文提出了超結(jié)和半超結(jié)SiGe功率開(kāi)關(guān)二極管。相比傳統(tǒng)的Sipin功率二極管，這兩種器件能更好地滿足高頻化電力電子電路對(duì)功率二極管低通態(tài)壓降、高擊穿電壓、小反向漏電流以及快速軟恢復(fù)性能的要求。
　　 從SiGe材料以及SiGe/Si異質(zhì)結(jié)電流輸運(yùn)機(jī)制出發(fā)，在理論上論證了SiGe/Si/Sipin二極管比傳統(tǒng)Sipin二極管更容易實(shí)現(xiàn)正向?qū)▔航岛?/p>

2、反向恢復(fù)時(shí)間之間的折中關(guān)系。SiGe/Si/Sipin功率二極管可以在提高器件開(kāi)關(guān)速度的同時(shí)降低正向?qū)▔航担淙秉c(diǎn)是漏電流有所增加。建立了超結(jié)Si功率二極管結(jié)構(gòu)，詳細(xì)分析了其擊穿機(jī)理。與相同厚度的常規(guī)Si功率二極管，超結(jié)Si功率二極管的反向耐壓大幅度增加，漏電流也顯著下降。但反向恢復(fù)特性變差，出現(xiàn)硬恢復(fù)現(xiàn)象。
　　 將SiGe材料與超結(jié)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，提出了超結(jié)SiGe功率二極管。該器件有兩個(gè)重要特點(diǎn)：一是由輕摻雜的p型柱和n型

3、柱相互交替形成超結(jié)結(jié)構(gòu)，取代傳統(tǒng)功率二極管單一的n-基區(qū)；二是陽(yáng)極p+區(qū)采用很薄的應(yīng)變SiGe材料。該器件充分結(jié)合了SiGe材料在提高器件的開(kāi)關(guān)速度、改善軟恢復(fù)特性以及降低正向?qū)▔航岛统Y(jié)結(jié)構(gòu)在提高器件耐壓、降低漏電流等方面的優(yōu)勢(shì)。詳細(xì)分析了柱區(qū)寬度、厚度、摻雜濃度以及SiGe材料中Ge含量等重要參數(shù)對(duì)器件電學(xué)特性的影響規(guī)律。
　　 在超結(jié)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出了一種半超結(jié)SiGe功率二極管。半超結(jié)結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)超結(jié)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加

4、了一個(gè)底端輔助層，在相同正向?qū)▔航档那闆r下，半超結(jié)比超結(jié)的深寬比小，這意味著可以減少外延生長(zhǎng)和離子注入的工序，從而降低了工藝難度和成本，同時(shí)該結(jié)構(gòu)還改善了二極管的軟恢復(fù)特性。通過(guò)改變超結(jié)部分和低端輔助層厚度、摻雜濃度、Ge含量等參數(shù)，可以對(duì)器件特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，為器件設(shè)計(jì)提供了更大的自由度。
　　 采用超真空化學(xué)氣相淀積方法在Si(100)襯底上生長(zhǎng)出了35nm的SiGe薄膜，界面平整，陡峭，外延層的生長(zhǎng)質(zhì)量較好。給出了p+(Si