[发明专利]一种p型金刚石高低势垒肖特基二极管及其制备方法

说明书

本发明公开一种p型金刚石高低势垒肖特基二极管及其制备方法，包括：包含金刚石衬底；金刚石衬底的一面设有金刚石外延层，另一面设有欧姆接触电极；金刚石外延层的表面形成有凸梁与沟道相间的微观结构；凸梁的表面形成有氧终端表面；氧终端表面上设有低势垒肖特基区域金属；金刚石外延层的微观结构中除凸梁表面的区域设有氟终端；低势垒肖特基区域金属和氟终端的表面形成一层高势垒肖特基区域金属。与现有技术相比，通过本发明，能够获得同时具有正向开启电压小、电流密度大、反向漏电流小、击穿电压高的肖特基二极管。

技术领域

本发明属于金刚石半导体电力电子技术领域，涉及一种p型金刚石高低势垒肖特基二极管及其制备方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的高速发展，电力能源的需求与日俱增。电力能源的产生、运输、消费以及在这些过程中电力能源的有效转换技术和控制技术，已经成为节省能源和社会持续发展两兼顾不可欠的关键技术。在电力能源控制技术和利用效率的提高中，起关键作用的就是功率电子器件及包含功率电子器件的电力转换器。作为功率电子器件的一部分，肖特基二极管是利用金属与半导体接触形成肖特基势垒具有整流特性而制成的，具有正向压降低、开关速度快等优点，适合于高频、大电流、高功率等。在实际的应用场合中，要求肖特基二极管具有小的导通电阻、大的电流密度、极大的关断电阻和高的击穿场强。同时，为了实现电力转换模组的小型化和轻量化，需要功率电子器件具有高速开关及高温动作的特性，这就对器件材料提出了非常苛刻的要求。在此情况下，具有优良特性的金刚石半导体进入了科学家的视野。与Si、GaAs、SiC以及GaN等半导体相比较，金刚石具有高热导率、高击穿场强、高迁移率、低介电常数、高的功率器件因子等优秀特性，是研发高温、高耐压、超大功率肖特基二极管的首选材料之一。

金刚石肖特基二极管的研发于1990年前后开展。由于当时金刚石的合成、器件工艺、评价技术还未成熟，器件性能好坏主要以整流特性作为评判标准。器件结构主要在p-/Si、p-/Ib基础上开发出来的，击穿电压只有5-100V，正向导通电流密度只有1A/cm²，性能低下。经过数十年的发展，单晶金刚石薄膜生长工艺得到极大的改善，金刚石肖特基二极管的结构也得到了优化，使得器件性能大幅度提升。法国科学家A.Traoré等人实现了击穿场强约7.7MV/cm，击穿电压大于1000V，正向电流密度约1000A/cm²的功率肖特基二极管。

目前业界多采用场板结构和刻蚀技术等器件结构来改善肖特基二极管的电学特性。具体步骤为采用氧化铝、二氧化硅作为介质层改善肖特基二极管的电场分布，以此来提高肖特基二极管的击穿电压。但是此种办法没有办法同时兼顾正向开启电压小、电流密度大、反向漏电流小、击穿电压高的电学特性。众所周知，低势垒肖特基接触金属制备的肖特基二极管在施加较小的正向偏置电压使可得到较大的正向电流，而若持续增加反向偏压时也会产生较大的反向漏电流；高势垒肖特基接触金属制备的肖特基二极管在施加较大的正向偏置电压时才能产生较大的正向电流，因此，此种肖特基二极管具有反向漏电流较小和击穿电压大的电学特性。结合高低势垒制备金刚石肖特基二极管，则可以兼顾两者优点，获得正向开启电压小、电流密度大、反向漏电流小、击穿电压高的肖特基二极管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种p型金刚石高低势垒肖特基二极管及其制备方法，克服传统肖特基二极管正向开启电压与正向电流密度和反向漏电流与击穿电压之间的矛盾问题；本发明利用金属在金刚石两种表面终端形成的肖特基接触势垒高度不同从而形成高低势垒肖特基二极管。在正向偏置电压下，低势垒肖特基接触区域优先导通，此时可获得较小的正向偏置电压和较大的正向电流密度，在反向偏置电压下，高势垒肖特基接触区域形成的电场线夹断低势垒肖特基接触形成的电场线，因此漏电流较小且击穿电压大。这种方法得到的肖特基二极管具有正向开启电压小、电流密度大、反向漏电流小、击穿电压高的优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：