Высоковольтный диод на основе 6н карбида кремния

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2340041:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский государственный технический университет (RU)
ООО"Силовые полупроводниковые приборы Кристалл" (RU)

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в электрических устройствах, эксплуатируемых в экстремальных условиях: космос, повышенная радиация, высокие температуры. Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в расширении параметров применимости карбидокремниевого диода в сравнении с аналогичными кремниевыми и арсенидгаллиевыми диодами, а также в увеличении надежности в сравнении с карбидокремниевыми диодами Шоттки. Сущность изобретения: ввысоковольтном диоде на основе 6Н карбида кремния, состоящем из слаболегированной исходной подложки n-6HSiC и имеющем дополнительно легированные р⁺- и n⁺-области, основой диода является материал карбид кремния политипа 6Н, а методом получения дополнительно легированных областей является ионная имплантация. Необходимые параметры р-n перехода достигаются регулированием величины дозы и концентрации имплантируемых ионов с учетом особенностей карбида кремния, а также режимами постимплантационного отжига. 1 ил.

Известен диод 1N5399 (1.5А, 1000В DO-15). Номенклатурный №: 62732 (информация о приборе находится по адресу http://www.chip-dip.ru/product0/62732.aspx?print=1, Приложение 1). Основой диода 1N5399 является материал кремний, откуда следуют его основные недостатки в сравнении с предлагаемым диодом:

- ограничение температурного режима (175°С);

- ненадежность работы в условиях повышенной радиации;

- низкая теплопроводность (в сравнении с 6H-SiC), что ведет к повышению теплового сопротивления кристалла (почти в два раза);

- повышенное сопротивление в открытом состоянии (относительно 6Н-SiC) в сочетании с более низкой теплопроводностью заставляет использовать большие по размерам кристаллы, чем в аналогичных карбидокремниевых приборах.

Наиболее близким аналогом является карбидокремниевый диод Шоттки (патент №JP2000164528), принцип действия которого основан на свойствах контакта металл - полупроводник. Отсюда вытекает и его главный недостаток: при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя, в отличие от р-n-диода, который переходит в режим обратного пробоя (при условии, что рассеиваемая мощность на р⁺-n-переходе не превысила своего максимального значения). В этом случае после пробоя р⁺-n-переход полностью восстанавливает свои свойства. Подобное поведение влияет на такой немаловажный параметр, как надежность использования прибора (диода), особенно в экстремальных условиях эксплуатации.

Следует также учесть и то обстоятельство, что составляющие области аналогичного диода Шоттки (р⁺, n и n⁺) являются эпитаксиальными слоями. В заявляемом же изделии речь идет об ионно-легированных слоях.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в расширении параметров применимости карбидокремниевого диода в сравнении с аналогичными кремниевыми и арсенидгаллиевыми диодами, а также в увеличении надежности в сравнении с карбидокремниевыми диодами Шоттки.

Указанный технический результат достигается использованием материала карбида кремния политипа 6Н, обладающего уникальными свойствами, при этом в качестве метода получения диода используется ионная имплантация с последующей кратковременной высокотемпературной обработкой, что позволяет осуществлять прецизионный контроль концентрации внедренной примеси, а, следовательно, получить диод с четко заданными свойствами и характеристиками.

На чертеже изображена схема карбидокремниевого диода.

Схема карбидокремниевого диода включает: 1 - омические контакты к p⁺-6HSiC, 2 - омические контакты к n⁺-6HSiC, 3 - имплантированная р⁺область 6Н SiC, 4 - слаболегированная исходная подложка n-6HSiC, 5 - дополнительно легированная n⁺-6HSiC область структуры.

Принцип работы карбидокремниевого диода: при подаче положительного напряжения на контакт 1 диод открыт (прямое смещение диода), при подаче отрицательного значения напряжения на контакт 1 диод закрыт (обратное смещение диода, не должно превышать максимально допустимого значения 1000 В).

Высоковольтный диод на основе 6Н карбида кремния, состоящий из слаболегированной исходной подложки n-6HSiC и имеющий дополнительно легированные р⁺- и n⁺-области, отличающийся тем, что основой его является материал карбид кремния политипа 6Н, а методом получения дополнительно легированных областей является ионная имплантация.

Изобретение относится к области полупроводниковых ограничителей напряжения и может быть использовано при защите электронных устройств от перенапряжений, а также при конструировании и технологии создания названных приборов.

Высоковольтный импульсный полупроводниковый симметричный ограничитель напряжения с увеличенной энергией лавинного пробоя // 2280295

Изобретение относится к области мощных полупроводниковых приборов и может быть использовано при конструировании высоковольтных импульсных полупроводниковых симметричных ограничителей напряжения с малым значением динамического сопротивления и увеличенной энергией лавинного пробоя.

Высоковольтный диод // 2231866

Высоковольтный полупроводниковый симметричный ограничитель напряжения // 2213392

Изобретение относится к области мощных полупроводниковых приборов и может быть использовано при конструировании полупроводниковых симметричных ограничителей напряжения с малым значением динамического сопротивления.

Пластинчатый диод // 2212079

Высоковольтный диод с резким восстановлением обратного сопротивления // 2197034

Полупроводниковый выпрямительный диод (варианты) // 2168799

Изобретение относится к области электронной техники, в частности, к конструированию и технологии изготовления выпрямительных полупроводниковых диодов с p-п переходами, и может быть использовано в электронной промышленности.

Полупроводниковый переключательный диод // 2083028

Резонансно-туннельный пролетный диод // 1558263

Изобретение относится к электронной технике, полупроводниковой электронике, СВЧ-полупроводниковым диодам с динамическим отрицательным сопротивлением. .

Силовой быстровосстанавливающийся диод // 1261528

Мощный кремниевый диод с улучшенной термостабильностью // 2352022

Изобретение относится к области конструирования полупроводниковых приборов и может быть использовано в производстве мощных кремниевых диодов с улучшенной термостабильностью

Диод силовой низкочастотный выпрямительный непланарный и способ его изготовления // 2411611

Изобретение относится к области силовой промышленной электронной техники

Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод // 2412897

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока и преобразования ВЧ-сигнала в постоянное напряжение в источниках питания радиоаппаратуры, радиоизмерительных приборах и системах

Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод // 2412898

Диод на основе одностенной углеродной нанотрубки и способ его изготовления // 2414768

Изобретение относится к технологическим процессам производства компонентов микроэлектроники и вычислительных схем

Наноэлектронный полупроводниковый выпрямительный диод // 2415494

Изобретение относится к электронным приборам, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано для выпрямления переменного тока в радиоаппаратуре, радиоизмерительных приборах и системах

Импульсный лавинный s-диод // 2445724

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано в источниках питания полупроводниковых лазеров, мощных полупроводниковых светодиодов, диодов Ганна, системах сверхширокополосной локации

Блокирующий диод для солнечных батарей космических аппаратов // 2457578

Изобретение относится к области дискретных полупроводниковых приборов, в частности к блокирующим диодам для солнечных батарей космических аппаратов

Высоковольтный самосовмещенный интегральный диод // 2492552

Изобретение относится к полупроводниковым приборам, в частности, к формированию самосовмещенных высоковольтных диодов

Мультиэпитаксиальная структура кристалла двухинжекционного высоковольтного гипербыстровосстанавливающегося диода на основе галлия и мышьяка // 2531551

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Мультиэпитаксиальная структура кристалла двухинжекционного высоковольтного гипербыстровосстанавливающегося диода на основе соединений галлия и мышьяка содержит высоколегированную монокристаллическую подложку p+-типа проводимости, с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей не менее чем 3·1018 см-3 и толщиной не менее 200 мкм, выполненный на ней эпитаксиальный GaAs слой p-типа проводимости толщиной не менее 5,0 мкм и изменяющейся разностной концентрацией донорной и акцепторной легирующих примесей от концентрации в подложке до значений не более чем , p-n-переходный по типу проводимости эпитаксиальный GaAs i-слой толщиной 5÷100 мкм, содержащий область пространственного заряда и внутрирасположенную мультиэпитаксиальную металлургическую переходную зону, и эпитаксиальный GaAs слой на p-n переходном эпитаксиальном i-слое, выполненный n+-типа проводимости с разностной концентрацией акцепторной и донорной легирующих примесей в приповерхностном слое не менее чем 1·1017 см-3 и толщиной не менее 0,1 мкм. Изобретение обеспечивает снижение прямого падения напряжения, повышение плотности тока прямого включения и повышение быстродействия. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.