[发明专利]漂移阶跃恢复二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体开关二极管，尤其涉及一种纳秒脉冲源器件中的作为开关使用的漂移阶跃恢复二极管(DSRD)及其制备方法。

背景技术

在超宽带脉冲源中，产生从皮秒到纳秒超宽带脉冲的关键电子元件是开关。在产生纳秒级的高压脉冲时，传统的器件(如等离子断路器、注射式闸流管和爆破丝等)寿命短、抗冲击能力差以及无法重复使用。传统的半导体器件，如用专用场效应晶体管最快速的电流切断时间需10ns且系统很复杂，成本昂贵。传统的大功率高压半导体二极管其电流切断过程的持续时间在微秒量级，远高于纳秒量级。无法满足纳秒脉冲源的需要。

目前快速发展的基于雪崩效应的雪崩晶体管组件在短时间(小于10-8s)内不仅能实现几十到几百千伏的高电压输出，而且能实现兆瓦量级的高功率输出，因此这种发展中的新型高功率、高电压半导体开关漂移阶跃恢复二极管DSRD在超宽带雷达中具有广泛的发展空间和应用前景。这种开关的主要优点：输出功率高、长寿命、高稳定性、体积小、重量轻、相对简单的生产制造技术，同时还具有重要特性：等离子体泵浦的等离子体抽取时间周期在100～300ns内完成高功率的产生，具有高重频特性。在等离子体抽取时间周期尾端DSRD回到初始断开状态，又为下一周期高功率脉冲的产生做好准备。

但是，目前应用的DSRD开关存在脉冲前沿大、为获得高输出功率输入电流大、负载上电压脉冲幅度小、DSRD器件上损耗的预脉冲能量大等问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是通过改变DSRD器件的内部结构，以解决脉冲前沿大、负载上电压脉冲小、DSRD器件上损耗的预脉冲能量大的问题。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种漂移阶跃恢复二极管，其基底为N型衬底，在N型衬底内部通过掺杂形成有掺磷的N⁺区、掺铝的P区、掺硼的P⁺区；其中N⁺区与P⁺区位于N型衬底的两侧，P⁺区与P区相邻接，P区与N⁺区通过N区隔离开，其中P⁺区与P区总的结深为100μm～130μm。上述N⁺区的结深为50μm～120μm。

上述漂移阶跃恢复二极管的制备方法为：包括以下步骤：1)在准备好的N型衬底上双面扩散磷；2)氧化形成保护层；3)单面研磨去除扩散的磷层并进行铝扩散；4)在进行铝扩散的一面进行硼扩散；5)N型衬底双面镀镍，其特征在于：上述铝扩散时采用的炉温为1250℃～1260℃，时间为50～52小时。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：结构中采用浅的高浓度硼结和超深的铝扩散结，短N区和深的N⁺区磷扩散结构，使得器件在反向切断过程中，梯度分布的等离子体前沿分别穿过P区和N基区从P⁺P结和N⁺N结向PN结迅速运动，随着空间电荷区的快速扩展，两边的等离子体前沿正好在PN结结面处相遇，从而使DSRD开关达到了最快的切断速度；由于器件的切断速度快，因此其di/dt非常大，在电路中电感的作用下，负载上将得到极高幅度的电压脉冲；同时由于采用了深结磷扩散技术，达到了缩短N基区的目的，从而减小正向损耗，因此在DSRD器件上损耗的预脉冲能量也会很小。

附图说明

图1是本发明提供的DSRD的结构示意图；

图2是具有1ns脉冲前沿、电压为1KV的DSRD的掺杂曲线；

图3是DSRD触发脉冲波形；

图4是由图1所示DSRD结构单元组成的DSRD堆结构示意图；

图中：1 N型衬底，1-1 N⁺区，1-2 N区，1-3 P区，1-4 P⁺区，1-5 镍层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。