半超结硅锗功率开关二极管的研究

高频化大功率的电力电子电路要求功率二极管具有高阻断电压，低通态压降以及快速软恢复的特性。传统硅功率二极管由于自身材料物理性质的局限性很难同时满足上述要求，采用新材料和新结构设计性能优越的功率二极管已经是大势所趋。本项目拟结合硅锗材料在提高器件的开关速度、降低正向导通压降与超结结构在大幅度提高器件耐压以及降低漏电流方面的优势，设计出工艺相对简便、特性优良的半超结结构硅锗/硅异质结功率二极管。实现在通态压降、反向漏电流及反向阻断电压三者良好折衷关系的基础上，能够获得更快更软的恢复特性，使其各项性能指标均远远优于常规的硅功率二极管。对超结、半超结器件的理论进行深入研究，设计出简便易行可靠的工艺流程和实施方案。该项目研究成功将大大降低功率二极管的通态和开关功耗，改善电力电子线路的频率和耐压特性，有利于电力电子装置的小型化和集成化，从而实现节能降耗，对缓解能源紧缺具有重要意义。

功率半导体器件作为电力电子技术中的核心元件，广泛应用于工业生产和社会生活中的各个领域。电力电子技术发展的快慢，在很大程度上取决于电力电子器件的发展水平。随着器件容量的扩大和结构原理的更新以及制造工艺水平的提高，特别是新型器件的出现，都体现了功率器件在器件理论、材料和工艺上的新发展。. 本项目主要研究半超结快恢复二极管的工艺参数对反向恢复特性、击穿电压以及正向导通特性的影响。设计工艺相对简便的新结构超结型功率二极管，打破所谓的硅极限，实现在通态压降、反向漏电流及反向阻断电压三者良好折衷关系的基础上，能够获得更快的开关速度和更软的恢复特性。设计并提出新的结构，提升二极管的频率特性和击穿电压、降低二极管的静态功耗和动态功耗。通过在阴极引入p+区结构，改变p+层宽度和厚度，可以有效地控制二极管反向恢复时间、反向恢复软度因子及击穿电压等参数；改变超结pn柱的深宽比，降低工艺难度，实现在不改变正向导通电阻的情况下提升击穿电压这一目的；改变超结二极管阳极区掺杂浓度，可以有效地降低器件反向恢复过程中的反向恢复峰值电流和反向恢复时间。超结的引入提升了二极管的耐压能力，同时在阴极区引入p+结构后，二极管的反向恢复时间和反向恢复峰值电流大大缩短，软度因子有所提升，但阴极p+区的引入会对正向导通压降产生较为明显的影响，设计时需要综合考量。