[发明专利]快恢复二极管及制作该二极管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二极管及其制作该二极管的方法。

背景技术

随着电力电子技术的发展，各种变频电路、斩波电路的应用不断扩大，这些电力电子电路中的主回路不论是采用换流关断的晶闸管，还是采用有自关断能力的新型电力电子器件，都需要一个与之并联的且反向恢复时间较短的二极管，以通过负载中的无功电流，同时抑制因负载电流瞬时反向而感应的高电压。

据此，多款各具特点的快恢复二极管被推往应用市场，比如IXYS公司的sonic FRD(Fast Recovery Diodes，快速恢复二极管)、ABB公司的SPT+FRD、Infineon公司的EMCON、IR公司的HEXFRED等等。

请参照图1，其示出了一种P-i-N结构的快恢复二极管，其包括二极管阳极区101、二极管体区102及二极管阴极区103。在反向偏置时为达到使电流迅速截止的效果，一般会采用降低阳极区空穴注入效率及全局少子寿命控制等技术，以改变二极管体区102的载流子的浓度分布。但是，这些技术往往很难使快速恢复二极管在参数上得到较为理想的折衷。比如说，P-i-N结构的二极管在反向恢复时间上得以缩短，但反向恢复过硬(即di/dt太大)，从而会引起过高的反向恢复电压，即使快速恢复二极管本身没有击穿烧毁，也会对实际应用电路产生不良影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可软恢复的快速恢复二极管以及该二极管的制作方法。

一种快恢复二极管，包括一N型高掺杂硅衬底、一第一N型掺杂半导体层、一第二N型掺杂半导体层、一二极管阳极层，所述第一N型掺杂半导体层位于第二N型掺杂半导体层和N型高掺杂硅衬底之间，所述第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度低于第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度。

一种快恢复二极管的制作方法，包括：

在一N型高掺杂硅衬底上制作低掺杂外延，以形成一第一N型掺杂半导体层；

在所述第一N型掺杂半导体层上制作一处延，以形成一第二N型掺杂半导体层，其中所述第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度低于第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度；以及

在所述第二N型掺杂半导体层注入P型杂质再扩散形成二极管阳极层。

上述快恢复二极管及其制作方法通过改变第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度，以形成“PNN-N+”结构，其中第一N型掺杂半导体层的掺杂浓度比第二N型掺杂半导体层的掺杂浓度低，于是形成一个NN-结。当所述快恢复二极管反偏时，由于NN-结势垒的存在，将阻碍电子的反向抽取，从而提高该区域的载流子浓度，使快恢复二极管在反向恢复时能够提供足够的载流子浓度，以维持电流下降的软度。

附图说明

图1是现有的快恢复二极管的示意图。

图2是本发明快恢复二极管的较佳实施方式的示意图。

图3-8为本发明快恢复二极管的反向恢复电流波形图及反向恢复电压波形图。

图9是本发明快恢复二极管的制作方法的较佳实施方式的流程图。

具体实施方式

请参考图2，本发明快恢复二极管的较佳实施方式包括一N型高掺杂硅衬底111、一第一N型掺杂半导体层112、一第二N型掺杂半导体层123、一二极管阳极层134，所述第一N型掺杂半导体层112位于第二N型掺杂半导体层123和N型高掺杂硅衬底111之间。其中所述第一N型掺杂半导体层112的宽度为5um至50um、掺杂浓度为5e12/cm³-5e14/cm³。所述第二N型掺杂半导体层123的掺杂浓度N_D与第二N型掺杂半导体层123的宽度d满足公式(1)：

其中公式(1)中ε_r为硅的介电常数，ε₀为真空介电常数，e指的是单个电子电量，V_R为正常工作的反偏电压，EBV为临界击穿场强。

据上所述，所述第二N型掺杂半导体层123的宽度d则满足公式(2)：