如何提高快恢复二极管的软恢复特性?

作者：海飞乐技术时间：2017-08-07 11:58

快恢复二极管是一类很重要的开关器件，目前已在各种电子设备特別是开关电源中广泛应用。随着开关器件的不断进步，工作频率的不断提高，对相关功率二极管性能的要求也越来越高，其中尤以与开关器件匹配使用的功率二根管要求最为特殊，该二极管的反向恢复特性，如反向恢复时间、反向恢复软度，可显著的减少功率损耗，由于IGBT VDMOS开关速度快，因此要求快恢复二极管不仅反向恢复要很快，而且要求软特性，以避免产生高的电压尖峰，避免产生射频干扰和电磁干扰。
  如何提高器件的软恢复特性成为快恢复二极管的新课題。我国至目前为止还没有商业化的批量生产，成规模的IGBT封装厂所用的快恢复二极管也完全依赖进口，因此实现该产品的稳定批重生产，对国内节能、变频、及汽车电子等行业的国产化起着至关更要的作用。
  快恢复二管技术方案各家大同小异，但是解决器件软特性硅外延材料的分布起着至关重要的作用，经大量的研究发现创作成n-nn+型外延缓冲层结构可以有效改善反向恢复的软特性。n型为缓冲层。覆冲层形成双基区，可以显著改善二极管的软度，在反向恢复过程中使得耗尽层到达缓冲层后扩展明显减慢，这样，经过少数载流子存储时间之后。在缓冲层中还有大量的载流子未被复合抽走，使得复合时间相应增加。从而提
高二极管的软度因子，因此缓冲层的结构及分布是生长快恢复二极管用外延材料的一个难点；另一个影响器件反向恢复的主要因素是材料缺陷，经反复的试验及分析发现，来自直拉单晶硅衬底材料的间隙氧在器件工艺过程中会形成氧沉淀而对器件的少子寿命产生严重影响，进行影响器件的反向恢复时间。
  随着硅片直径的增大及步进式光刻机的广泛应用。当采用8英寸硅衬底生长>100微米以上的外延层时，片内厚度偏差会导致全局平整度及局部平整度的变化会导致光刻无法对焦、背面多晶硅生长会导致背面平整度差而最终光刻时真空吸不住等问题。
  本文采用8苵寸低间隙氧电阻率<0.004欧姆、厘米的重掺砷111晶向硅衬底，外延生长快恢复二极管用外延材料。对于两层之间的过渡及第一层和衬底之间的过渡区控制，采用掺杂渐变技术，使两个过渡区精确可控，两个外延层平坦、重复性好；同时采用背面处理技术，厚层生长时背面多晶硅也会生长，造成真空吸不住及平整度差等问题，而我们采用了边缘特别处理及背面硅渣的处理技术，成功的解决了此问题；通过改进设备进气口的设置，成功的解决了厚度均匀性控制问题。在材料生长过程中还会遇到因为厚层外延层和衬底材料间应力造成的形变及滑移等问题，通过控制基座高度、升温速率、生长速率、衬底材料边缘等成功的实现了100%无滑移的材料控制技术。产品参数典型结果为：厚度均匀性(EE10mm)<1.5%；电阻率均匀性(EE10mm)<2%；GBIR：<8um；STIR <1um，强光灯下100%无滑移，背面及边缘平整度也达到了和国外同类产品相当的水平。

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