[发明专利]一种适用于高温环境的碳化硅结势垒肖特基二极管

说明书

本发明涉及一种适用于高温环境的碳化硅结势垒肖特基二极管，属于半导体器件技术领域。本发明的器件在传统JBS器件结构基础上采用了新型的P+区注入版图结构，增加了肖特基接触区域面积和肖特基结电流的同时，通过P+注入区条形图形增加了耗尽区面积，降低了碳化硅结势垒肖特基二极管在高温时的电流衰退和功率损耗增加，也防止了二极管肖特基区域增加后反向击穿电压的降低，解决了JBS器件在大电流高温下工作环境下正向工作电流衰退严重、功率损耗明显增加的问题。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种适用于高温环境的碳化硅结势垒肖特基二极管。

背景技术

宽禁带半导体碳化硅具有极高的热、化学及机械稳定性。高热导率、高临界击穿电场强度、高饱和载流子速度以及其他优良的物理特性，使碳化硅成为一种理想的半导体材料用于制作功率器件。高的热导率可以使碳化硅器件适合与高温设备配套使用，碳化硅器件功率密度高且容易冷却，可以节省设备安装成本以及系统的重量和体积；高的电子饱和速度可以使碳化硅器件工作在频率高且电流密度大的环境中。

碳化硅肖特基势垒二极管(SBD)做为最先替代硅基器件的宽禁带功率半导体器件，不仅拥有低导通电阻与高击穿电压的优点，还具有近乎理想的反向恢复特性，在高频电力电子应用方面优势巨大。碳化硅结势垒肖特基(JBS)二极管采用了JBS结构，除继承SiCSBD二极管优良特性外，还改善了4H-SiC SBD难以兼顾反向耐压和正向压降的问题。其正向压降低、导通电阻低、开关损耗小的优点使得SiC JBS器件的应用对于降低电路运行时的功率损耗和提高电路系统的工作效率有着很大的帮助。SiC JBS二极管因此成为高耐压，高速，大电流的功率二极管，被认为是发展最快，前景最好的一类二极管。

4H-SiC JBS二极管的正向电流主要为热电子发射电流，随着温度上升，器件势垒高度基本不变，在较低正向电压下由于电子在高温下具有更大的能量，更容易越过势垒，所以正向电流具有正温度系数。在较高正向电压下，JBS器件电流主要由外延层的电阻所决定，温度升高导致材料内部载流子的声子散射增强，从而降低了迁移率，导致电阻率随温度的上升而上升，使导通电阻增大。这导致了工作电流随着温度升高而降低，表现为负温度系数。所以SiC JBS二极管在高温环境下正向工作电流会随温度上升而发生衰退，正向导通功率损耗也随之增加。

因此，如何解决碳化硅结势垒二极管在高温环境下工作表现退化的问题成为了亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种适用于高温环境的碳化硅结势垒肖特基二极管。

为解决上述技术问题，本发明技术方案如下：

一种适用于高温环境的碳化硅结势垒肖特基二极管，包括欧姆接触电极5、碳化硅N+衬底1、碳化硅N-外延层2、肖特基接触电极4和多个P+注入区3；

欧姆接触电极5、碳化硅N+衬底1和碳化硅N-外延层2从下至上依次层叠设置；多个P+注入区3设置在碳化硅N-外延层2的上层；肖特基接触电极4位于多个P+注入区3上；

P+注入区3包括方形注入区6和条形注入区7，条形注入区7沿横向和纵向等间距排布，横向上相邻条形注入区7之间的间距为c，纵向上相邻条形注入区7之间的间距为d，c＝d，方形注入区6位于相邻条形注入区7之间区域的中心，横向上相邻方形注入区6之间的间距为a，纵向上相邻方形注入区6之间的间距为b，a＝b，且c＞a，d＞b。

作为优选方式，方形注入区6为正方形。

作为优选方式，方形注入区6为边长2μm的正方型。

作为优选方式，a＝b＝10μm。

作为优选方式，条形注入区7的宽度e为1μm。