快恢复二极管的寿命控制技术

  PIN结构的快恢复二极管具有良好的反向阻挡能力，然而其反向恢复特性却较差，在反向恢复过程中高（di/dt）将在电感中产生较大的电压(V=L(di/dt))，从而影响整个电路的正常工作；再者，PIN结构的整流器，高（di/dt）将在LC电路中产生谐振，进而产生大量辐射，导致EMI问题；另外，高（di/dt）也将在含电感电路中造成dV/dt(dV/dt=L(d²i/dt²))较大的问题，加速绝缘材料老化，影响系统安全性。这主要是由少子有限的扩散速度造成的，与N基区材料电阻率及基区宽度有关。为了改善二极管的快恢复特性，在器件的设计与制作工艺上采用了少数载流子寿命控制技术。
 
  提高快恢复速度的最有效办法就是采用可控的方式在基区晶格中引入复合中心，在功率器件制造中，已经开发出两类寿命控制基本方法，种是采用热扩散杂质的方法在硅禁带中引入深能级，如扩金、扩铂等；另一种是采用高能粒子轰击硅晶体造成空位和间隙原子的晶格缺陷，虽然很多高能粒子都可以在硅晶体中造出空位和间隙原子缺陷，但是只有电子辐照、Co60伽马射线由于能够在硅材料中得到随深度寿命均匀降低效果，因而得以广泛使用。
 
  为了确保在硅材料中得到均匀的深能级杂质，通常扩金、扩铂工艺要求在800-900℃条件下进行。由于固溶度于温度条件相关，所以硅材料中深能级杂质的浓度有设定的工艺温度决定。热扩散完成后，必须采用快速降温的退火条件将深能级杂质冻结在晶格中。由于扩金、扩铂工艺温度要高于铝硅合金共晶温度，所以寿命控制工艺要在合金前完成，这也意味着完成深能级杂质引入后不能够立即得到器件寿命相关参数。更糟糕的是，扩散温度的小幅变化就会造成器件性能显著的不同，这些可以采用高能粒子辐照的方法加以解决。
 
  高能粒子辐照方法具有以下优点：
  1)此工艺可以在室温下进行，也就是说，完成器件的所有加工工艺后再采用这种方法控制载流子寿命。并且完成寿命控制工艺后，立刻进行器件参数测试。
  2)可以通过控制辐照粒子剂量，来精确控制载流子寿命分布。
  3)可以通过在400℃条件的退火工艺，消除辐照缺陷。
  4)辐照工艺不会像扩散工艺那样引入其他杂质污染。
  虽然电子辐照技术有很多优点，但是由于微弱的放射性让大家心有余悸。
  少子寿命下降的同时，器件通态正向压降增加，漏电流也增加，与扩铂和电子辐照比较，扩金工艺可以得到优越的通态特性，低的正向压降，优良的温度稳定性。但复合中心能级靠近Ei，漏电流较大。电子辐照器件的漏电流小，但压降不如扩金器件好，与扩金工艺比较，扩铂器件得到较好的漏电流特性，尤其适用大功率器件，如图1所示。
 
  He++辐照与扩铂工艺结合，可以有选择的在器件漂移区某个局域范围内得到较短的少子寿命区，其他区域通过PtSi(铂的硅化物)在阳极表面扩散获得较长的少子寿命。这种工艺可以获得较低的电子俘获截面和较低固溶度的替位铂原子，因而保证器件具有低漏电流，低正向压降，更好的寿命降低缺陷热稳定性等优点。

 
  由于反向恢复时间是大功率快恢复二极管的主要动态特性参数，介绍了业内主要的少子寿命控制技术手段。与其他寿命控制技术比较，扩铂工艺得到较好的漏电流特性，尤其适用于大功率器件。



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