[发明专利]基于多重缓冲层的4H-SiC异质结二极管器件结构

说明书

本发明公开了一种基于多重缓冲层的4H‑SiC异质结二极管器件结构，属于半导体技术领域，该器件与传统器件相比，使用P型多晶硅与N‑型SiC外延层形成异质结代替肖特基结，并在N‑型SiC外延层和N+型SiC衬底之间加入N型SiC多重缓冲层，通过降低高能粒子入射器件后产生的瞬态电流密度、改变峰值电场数值与位置和降低碰撞电离率来使器件在高反向偏置电压和高LET值的辐照条件下不发生单粒子烧毁。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种基于多重缓冲层的4H-SiC异质结二极管器件结构。

背景技术

4H-SiC结势垒肖特基二极管(4H-SiC JBS)，是一种结合了SBD和PiN二极管两者优点的SiC功率二极管，主要用来实现单向导电和整流等功能，是SiC功率半导体器件中重要的一类器件。相比传统肖特基器件，具有低开启电压、高开关速度、高击穿电压和低反向漏电流等特性。4H-SiC JBS二极管被广泛应用于电力电子系统和集成电路系统中。

随着航空航天事业的飞速发展，新型空间站、卫星、航天器等航空航天设备对高性能的电子器件提出了越来越高的要求。由于航天设备的工作环境比较苛刻，宇宙空间环境中存在大量高能粒子，功率半导体器件易发生位移损伤效应、总剂量效应和单粒子烧毁效应。4H-SiC JBS二极管作为新一代功率半导体器件，具有很大的性能优势，非常适合应用于航空航天领域。基于国内外研究可知4H-SiC JBS二极管不易发生位移损伤效应和总剂量效应，但易发生单粒子烧毁效应，因此如何提高4H-SiC JBS二极管的抗单粒子烧毁研究能力是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种抗单粒子烧毁的基于多重缓冲层的4H-SiC异质结(4H-SiC MBL-JBH)二极管器件结构，以解决现有技术中的4H-SiC JBS二极管在高能粒子辐照后出现器件全局最高温度大于SiC材料烧毁温度(3100K)的现象，从而发生单粒子烧毁导致器件损坏的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种基于多重缓冲层的4H-SiC异质结二极管器件结构，使用P型多晶硅与N-型SiC外延层形成异质结代替肖特基结，并在N-型SiC外延层和N+型SiC衬底之间加入N型SiC多重缓冲层。

进一步地，所述抗单粒子烧毁的基于多重缓冲层的4H-SiC异质结二极管器件结构(4H-SiC MBL-JBH二极管)包括从下至上依次层叠的阴极金属层、N+型SiC衬底、N型SiC多重缓冲层、N-型SiC外延层、P+型SiC层、P型多晶硅层以及阳极金属层。N型SiC多重缓冲层在N+型SiC衬底和N-型SiC外延层之间，共有五层，从上至下掺杂浓度依次按比例递增；P+型SiC层在N-型SiC外延层上方；P型多晶硅层在N-型SiC外延层上方和P+型SiC层之间，P型多晶硅层与N-型SiC外延层形成异质结。

进一步地，所述P型多晶硅层掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3，厚度为0.7μm，宽度3μm，位于P+型SiC层之间。

进一步地，P+型SiC层在N-型SiC外延层上方，通过外延的方式形成。

进一步地，P+型SiC层掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3，宽度为2μm，相邻P+型SiC层间距为3μm。

进一步地，N型SiC多重缓冲层层数为五层，每层厚度与掺杂浓度可在一定范围内变化，每层厚度为2μm，掺杂浓度为4×10¹⁵cm^-3～6×10¹⁷cm^-3，每层掺杂浓度比为3.5。

进一步地，N-型SiC外延层掺杂浓度为1×10¹⁵cm^-3，厚度为5.0μm。