RU2340041C1

RU2340041C1 - High-voltage diode on basis of 6h silicon carbide

Info

Publication number: RU2340041C1
Application number: RU2007104647/28A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Каргин (RU); Николай Иванович Каргин; Роман Валерьевич Рыжук (RU); Роман Валерьевич Рыжук
Original assignee: ООО"Силовые полупроводниковые приборы Кристалл"
Priority date: 2007-02-06
Filing date: 2007-02-06
Publication date: 2008-11-27
Also published as: RU2007104647A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in high-voltage diode on the basis of 6H silicon carbide, which consists of low-alloyed initial wafer n-6HSiC and has additionally alloyed p⁺- and n⁺- areas, the diode base is material of silicon carbide of 6H polytype, and method used for preparation of additionally alloyed areas is ion implantation. Necessary parameters of p-n transition are achieved by control of dose value and concentration of implanted ions with account of silicon carbide peculiarities, and also modes of post-implantation annealing.

EFFECT: expansion of parameters of silicon carbide diode applicability in comparison with similar silicon and GaAs diodes and increase of reliability in comparison with silicon carbide Schottky diodes.

1 dwg

Description

Изобретение относится к промышленной электронике и может быть использовано в электрических устройствах, эксплуатируемых в экстремальных условиях: космос, повышенная радиация, высокие температуры.The invention relates to industrial electronics and can be used in electrical devices operated in extreme conditions: space, increased radiation, high temperatures.

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:Known diode 1N5399 (1.5A, 1000V DO-15). Nomenclature No.: 62732 (information on the device can be found at http://www.chip-dip.ru/product0/62732.aspx?print=1, Appendix 1). The basis of the diode 1N5399 is a silicon material, from which its main disadvantages follow in comparison with the proposed diode:

- ограничение температурного режима (175°С);- limitation of the temperature regime (175 ° C);

- ненадежность работы в условиях повышенной радиации;- unreliability of work in conditions of increased radiation;

- низкая теплопроводность (в сравнении с 6H-SiC), что ведет к повышению теплового сопротивления кристалла (почти в два раза);- low thermal conductivity (in comparison with 6H-SiC), which leads to an increase in the thermal resistance of the crystal (almost twice);

- 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.- increased resistance in the open state (relative to 6H-SiC) in combination with lower thermal conductivity forces the use of larger crystals than in similar silicon carbide devices.

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.The closest analogue is the Schottky carbide-silicon diode (patent No. JP2000164528), the principle of which is based on the properties of the metal-semiconductor contact. This also implies its main drawback: when the maximum reverse voltage is briefly exceeded, the Schottky diode irreversibly fails, in contrast to the pn diode, which goes into reverse breakdown mode (provided that the dissipated power at the p ⁺ -n junction does not exceeded its maximum value). In this case, after the breakdown, the p ⁺ -n junction completely restores its properties. Such behavior affects such an important parameter as the reliability of the use of the device (diode), especially in extreme operating conditions.

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.It should also be taken into account that the constituent regions of a similar Schottky diode (p ⁺ , n and n ⁺ ) are epitaxial layers. In the claimed product we are talking about ion-doped layers.

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.The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to expand the applicability parameters of the silicon carbide diode in comparison with similar silicon and gallium arsenide diodes, as well as to increase the reliability in comparison with silicon Schottky diodes.

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.The specified technical result is achieved by using silicon carbide material of the 6H polytype, which has unique properties, with ion implantation followed by short-term high-temperature processing as a method for producing a diode, which allows precise control of the concentration of the embedded impurity, and, therefore, to obtain a diode with clearly defined properties and characteristics.

На чертеже изображена схема карбидокремниевого диода.The drawing shows a diagram of a silicon carbide diode.

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.The silicon carbide diode circuit includes: 1 - ohmic contacts to p ⁺ -6HSiC, 2 - ohmic contacts to n ⁺ -6HSiC, 3 - implanted p ⁺ 6H SiC region, 4 - lightly doped initial substrate n-6HSiC, 5 - additionally doped n ⁺ - 6HSiC area of structure.

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).The principle of operation of the silicon carbide diode: when a positive voltage is applied to pin 1, the diode is open (forward bias of the diode), when a negative voltage is applied to pin 1, the diode is closed (reverse bias of the diode, must not exceed the maximum allowable value of 1000 V).

Claims

A high-voltage diode based on 6H silicon carbide, consisting of a lightly doped initial substrate n-6HSiC and having additionally doped p ⁺ and n ⁺ regions, characterized in that it is based on silicon carbide material of the 6H polytype, and the method of producing additionally doped regions is ionic implantation.