快恢复功率二极管的结构设计及特性、工艺研究

摘要

目前日益突出的环境问题，让人们更加注重发展绿色环保产业。节能减排，减轻环境污染己经成为全社会的责任。使用性能优越的电力半导体器件来提高能源效率也成为半导体行业发展的重要方向，这引导功率器件沿着高效高频和高耐压、高功率、集成化等方向迅速发展。很多功率器件都需要一个与之反并联的功率二极管。所以，研究设计性能优异的快恢复功率二极管是非常重要和必要的。
　　本研究在讨论传统PiN二极管工作机理的基础上，主要针对减小功耗，提高反向恢复特性设计出了两种不同结构的快恢复功率二极管。阳极采用SSD结构，阴极采用类似 mosaic结构的硅材料快恢复二极管，和阴极侧采用低浓度N区镶嵌在高浓度N+区的SiGe/Si异质结快恢复二极管。通过ISE-TCAD模拟软件对两个器件分别进行模拟仿真，优化其结构参数，并重点分析了各个参数时对二极管电学特性的影响，折衷考虑正向导通特性，反向阻断特性以及反向恢复特性三者的均衡值，确定出两个器件的结构工艺参数。仿真结果表明，复合结构二极管与同尺寸Si PiN二极管相比，反向恢复时间缩短了20％，反向峰值电流也降低35%。阴极不均勻掺杂SiGe/Si二极管比同尺寸常规SiGe材料 PiN二极管反向峰值电流减小了23%，软度因子增大1.2倍；比传统硅PiN二极管反向峰值电流减小了83%，恢复时间缩短65%，二极管的电学特性有了很大的提升，大幅度减小了二极管的功率损耗。最后，考虑到实际工艺水平以及工艺成本，分析每一项步骤的工艺条件，结合工艺模拟仿真结果，设计出两个新型快恢复功率二极管的工艺实施流程。本文的研究成果对快恢复功率二极管的设计和研制开发有一定的参考价值。

目录

1 绪论

1.1 快恢复功率二极管的研究意义

1.2 国内外研究进展

1.3 提升快恢复功率二极管特性的方法

1.4 本文主要工作

2 功率二极管的特性和工作机理

2.1 传统pin二极管

2.2 P+(SiGe)-n--n+二极管

2.3 本章小结

3 复合结构快恢复功率二极管的特性和工艺研究

3.1 器件结构

3.2 SSD结构二极管特性模拟与优化

3.3 MOSAIC结构二极管特性模拟与优化

3.4 几种二极管的特性对比

3.5 复合结构快恢复二极管的工艺流程

3.6 实验结果的间接验证

3.7 本章小结

4 阴极不均匀掺杂的SiGe/Si功率二极管的特性和工艺研究

4.1 器件结构

4.2 器件特性的模拟分析及优化

4.3 工艺流程

4.4 本章小结

5 结论

致谢

参考文献

附录