Диод Шоттки

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявители Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(72) Авторы Блынский Виктор Иванович Василевский Юрий Георгиевич Глухманчук Владимир Владимирович Голубев Николай Федорович Малышев Сергей Александрович Соловьев Ярослав Александрович Чиж Александр Леонидович(73) Патентообладатели Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси Открытое акционерное общество ИНТЕГРАЛ(57) 1. Диод Шоттки, содержащий высоколегированную полупроводниковую подложку-типа проводимости с эпитаксиальным слоем -типа проводимости на ее фронтальной стороне и с контактным к подложке электродом на ее тыльной стороне, барьерный электрод, расположенный в углублении поверхности эпитаксиального слоя и под которым по его периферии сформировано охранное кольцо -типа проводимости, внешний край которого выведен на поверхность эпитаксиального слоя и закрыт слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен электрод, контактный к охранному кольцу и барьерному электроду, отличающийся тем, что в приповерхностной области эпитаксиального слоя под барьерным электродом сформированы равномерно распределенные локальные области -типа проводимости, концентрация легирующей примеси в которых незначительно выше концентрации легирующей примеси в эпитаксиальном слое. 16184 1 2012.08.30 2. Диод по п. 1, отличающийся тем, что расстояниемежду центрами соседних локальных областей определено из выражения 1 2 2( ) ,где- коэффициент температуропроводности полупроводника подложки- средняя продолжительность действия несанкционированного электростатического импульса. Изобретение относится к области электроники и может быть использовано в силовых устройствах. Известен МДП фотодиод Шоттки 1, включающий кремниевую подложку -типа, на которой сформирован эпитаксиальный слой -типа, с планарной стороны которого расположено множество параллельно включенных меза-структур Шоттки прямоугольной формы субмикронных размеров, разделенных канавками, глубина и ширина которых не превышает несколько мкм. Боковые стороны каждой мезаструктуры Шоттки окислены, а канавки заполнены предотвращающим краевой пробой полевым электродом, соединенным с барьерным электродом. На тыльной стороне подложки сформирован электрод к ней. Указанный диод Шоттки сложен по конструкции. Для его реализации необходимо использовать субмикронную технологию. Наиболее близким техническим решением является диод Шоттки 2, включающий кремниевую подложку -типа с контактным электродом с тыльной стороны, эпитаксиальным слоем -типа на ней, на поверхности которого в углублении сформирован электрод Шоттки, по краю которого расположено охранное кольцо -типа, образующее с эпитаксиальным слоем - переход с общим контактным электродом к нему и барьерному электроду. Данный диод Шоттки обладает низкой устойчивостью к электростатическому пробою. Технической задачей изобретения является повышение устойчивости диода Шоттки к электростатическому пробою. Техническая задача решается тем, что в диоде Шоттки, содержащем высоколегированную полупроводниковую подложку -типа проводимости с эпитаксиальным слоем типа проводимости на ее фронтальной стороне и с контактным к подложке электродом на ее тыльной стороне барьерный электрод, расположенный в углублении поверхности эпитаксиального слоя и под которым по его периферии сформировано охранное кольцо типа проводимости, внешний край которого выведен на поверхность эпитаксиального слоя и закрыт слоем диэлектрика, на поверхности которого расположен электрод, контактный к охранному кольцу и барьерному электроду, в приповерхностной области эпитаксиального слоя под барьерным электродом сформированы равномерно распределенные локальные области -типа проводимости, концентрация легирующей примеси в которых незначительно выше концентрации легирующей примеси в эпитаксиальном слое. Оптимальным расстоянием между центрами соседних локальных областей -типа проводимости является расстояние 2( )1/2,где- коэффициент температуропроводности полупроводника подложки- средняя продолжительность действия несанкционированного электростатического импульса. Оптимальное расстояние между центрами соседних локальных областей определяет и оптимальное количество локальных областей -типа проводимости. Величина ( )1/2 определяет расстояние, на которое распространяется тепловой фронт(в одну сторону) от точки локального пробоя в области пространственного заряда (ОПЗ) 2 16184 1 2012.08.30 между барьерным электродом и эпитаксиальном слоем за время действия несанкционированного электрического импульса. Так, полагая для кремния среднюю продолжительность электростатического импульса 1 мкс, расстояние ( )1/2 составляет примерно 10 мкм. Совокупность указанных признаков позволяет на 20-30 увеличить устойчивость диода Шоттки при воздействии несанкционированных электрических импульсов за счет того, что выделение тепла в точках локального пробоя (приводящее к необратимым изменениям в полупроводнике и выходу из строя диода Шоттки или ухудшению его параметров) происходит одновременно во многих точках ОПЗ, распределенных по его объему, что уменьшает их локальный перегрев и обуславливает лучшие условия теплоотвода. Сущность изобретения поясняется на фигуре, где 1 - полупроводниковая подложка 2 - контактный к подложке электрод 3 - эпитаксиальный слой 4 - барьерный электрод 5 - охранное кольцо 6 - диэлектрик 7 - электрод, контактный к охранному кольцу и барьерному электроду 8 - локальные области -типа проводимости. Диод Шоттки содержит высоколегированную полупроводниковую подложку 1 -типа проводимости с эпитаксиальным слоем 3 -типа проводимости на ее фронтальной стороне и с контактным к подложке электродом 2 на ее тыльной стороне барьерный электрод 4, расположенный в углублении поверхности эпитаксиального слоя 3, под которым по его периферии сформировано охранное кольцо 5 -типа проводимости, внешний край которого выведен на поверхность эпитаксиального слоя 3 и закрыт слоем диэлектрика 6, на поверхности которого расположен контактный к охранному кольцу и барьерному электроду электрод 7, в приповерхностной области эпитаксиального слоя 3 под барьерным электродом 4 сформированы равномерно расположенные локальные области -типа проводимости 8. Диод Шоттки работает следующим образом. В обычном режиме работы диода Шоттки плотность тока через различные участки области пространственного заряда ОПЗ, образованного между барьерным электродом 4 и эпитаксиальным слоем 3, мало зависит от различия напряженности электрического поля в различных точках ОПЗ. Тепло, выделяемое при протекании тока через диод Шоттки, равномерно распределяется по ОПЗ, образующейся между барьерным электродом 4 и эпитаксиальным слоем 3. С увеличением напряжения на диоде Шоттки до предпробойного значения ток увеличивается быстрее в участках ОПЗ, где напряженность электрического поля выше, соответственно пробой происходит в этих участках ОПЗ. Вследствие наличия охранного кольца 5 напряженность электрического поля под барьерным электродом 4 меньше, чем по его периферии. Максимальное электрическое поле возникает в участках ОПЗ между барьерным электродом 4 и локальными областями -типа проводимости 8. При электростатическом пробое в этих участках ОПЗ возникают микроплазмы, размеры которых в кремнии не превышают в начальный момент времени 2 мкм. Происходит лавинообразное увеличение тока через микроплазмы, что приводит к увеличению их температуры и соответственно к уменьшению сопротивления. При этом ток пробоя концентрируется в микроплазмах. Максимальный допустимый ток, при котором происходит локальный перегрев микроплазмы, приводящий к необратимым изменениям в диоде Шоттки, определяется условиями отвода от нее тепла. При оптимальном количестве локальных областей -типа проводимости 8 ток при пробое ОПЗ распределяется между всеми локальными областями 8 пробоя,что приводит к снижению тока, текущего через одну микроплазму, и уменьшению ее перегрева. 3 16184 1 2012.08.30 Равномерное распределение микроплазм в ОПЗ обуславливает равномерность выделяющегося тепла по объему ОПЗ, увеличение рассеиваемой на диоде Шоттки мощности и соответственно увеличение устойчивости к электростатическому пробою. Пример выполнения На кремниевой подложке -типа 1 толщиной 300 мкм, легированной мышьяком с удельным сопротивлением 0,003 Омсм, выращен эпитаксиальный слой 3 -типа толщиной 10 мкм с концентрацией фосфора 21015 см-3. В эпитаксиальном слое 3 сформировано охранное кольцо 5 -типа шириной 24 мкм, внешний край которого выходит на поверхность эпитаксиального слоя 3. Размеры локальных областей -типа проводимости 81,4 мкм соизмеримы с размерами микроплазмы в кремнии в начальный момент ее возникновения. Внутри охранного кольца 5 расположен барьерный электрод 4 с активной площадью 2,42,4 мм. В приповерхностной области эпитаксиального слоя 3 под барьерным электродом 4 (на дне углубления глубиной 0,2 мкм в эпитаксиальном слое 3) сформирована сетка равномерно распределенных локальных областей -типа проводимости 8 с концентрацией фосфора 31015 см-3. Рабочее напряжение диода Шоттки - 100 В. Расстояние между центрами локальных областей -типа проводимости составляет 20 мкм, что соответствует суммарному расстоянию, на которое перемещается тепловой фронт в кремнии в обе стороны от точки пробоя. Расстояние от края локальной области 8 до охранного кольца 5 составляет 40 мкм. В качестве материала барьерного электрода 4 использован сплав молибден-рений с содержанием рения 2-50 мас . Для контакта к барьерному электроду 4 и охранному кольцу 5 используется контактный электрод 7 из сплава -. Частично он лежит на диэлектрике 6 и наряду с охранным кольцом 5 используется в качестве полевого электрода, снижающего вероятность краевого пробоя барьерного электрода 4. Для контактного электрода к подложке 2 использован сплав //. Источники информации 1. Голубев Н., Токарев В., Шпаковский С. Применение субмикронной технологии путь к созданию высокоэффективных диодов Шоттки // Силовая электроника. -4. 2005. - С. 4-7. 2. Ануфриев Л.П., Пеньков А.П., Турцэвич А.С., Карпов И.Н., Кузик С.В., Соловьев Я.А. Способ изготовления диода Шоттки Патент РБ 8449. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4