本技術(shù)涉及輻照改性領(lǐng)域。主要應(yīng)用于使用電子輻照控制pn結(jié)中缺陷能級(jí)參數(shù)。

背景技術(shù)：

隨著功率開關(guān)器件工作頻率不斷提高，對(duì)與之并聯(lián)的的快恢復(fù)二極管的開關(guān)速度和綜合性能的要求也在不斷提高。電子輻照改性技術(shù)因其具有一致性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)已代替摻金、摻鉑工藝成為常用器件性能優(yōu)化技術(shù)之一。對(duì)二極管的性能優(yōu)化主要目標(biāo)是使用不同的壽命控制技術(shù)，通過在禁帶中引入缺陷能級(jí)作為復(fù)合中心，從而降低少數(shù)載流子壽命，提高開關(guān)速度，同時(shí)需要保證其他性能的退化程度不影響使用要求，得到良好的折中關(guān)系。

目前對(duì)電子輻照改性二極管的方法主要集中于使用同一輻照能量，改變不同的輻照時(shí)間，即輻照注量關(guān)系，配合不同的退火溫度，測試器件的少子壽命及電學(xué)性能變化關(guān)系。但實(shí)際影響被輻照器件性能的關(guān)鍵在于pn結(jié)中引入缺陷能級(jí)的位置和濃度等參數(shù)，缺陷能級(jí)位置越靠近禁帶中央，缺陷濃度越高，復(fù)合作用越明顯，器件的少子壽命越低，但其他性能退化越嚴(yán)重。如果可以對(duì)缺陷能級(jí)實(shí)現(xiàn)精確控制，則可以按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件的各項(xiàng)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術(shù)的目的提供一種基于電子輻照控制pn結(jié)缺陷能級(jí)的方法，可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級(jí)位置、濃度等參數(shù)，重復(fù)性好，在進(jìn)行前期測試后可以進(jìn)行批量加工，實(shí)現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項(xiàng)性能的目標(biāo)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于電子輻照控制pn結(jié)缺陷能級(jí)的方法，該方法的步驟為：

(1)一次加工前的摸底實(shí)驗(yàn)，根據(jù)輻照條件對(duì)器件進(jìn)行分組；

(2)按照輻照條件對(duì)器件進(jìn)行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；

(3)在常溫常壓下儲(chǔ)存器件以保證性能達(dá)到穩(wěn)定；

(4)測試dlts神能級(jí)瞬態(tài)譜，確定缺陷能級(jí)位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；

(5)測試電學(xué)特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關(guān)特性；

(6)進(jìn)行批量加工生產(chǎn)。

采用2.0及5.0mev電子加速器，電子束流強(qiáng)度為0.1ma，電流不穩(wěn)定度<±2％，不均勻度<±5％，輻照注量為5.5×10¹³、1.7×10¹⁴和3.3×10¹⁴e/cm^-2。

輻照環(huán)境為常溫、常壓，輻照方向?yàn)榇怪庇跇悠坟?fù)極方向，輻照過程中增加風(fēng)、水冷系統(tǒng)以保證樣品表面溫度不會(huì)超過50℃。

改變輻照能量、注量條件控制缺陷能級(jí)位置及濃度，進(jìn)而控制電學(xué)特性參數(shù)。

本發(fā)明利用電子輻照能量需要達(dá)到一定位移閾值才可以在半導(dǎo)體材料中引入缺陷能級(jí)的特點(diǎn)控制缺陷能級(jí)的數(shù)量。同時(shí)，電子輻照過程中電子束與晶格原子進(jìn)行能量交換時(shí)引發(fā)的晶格振動(dòng)，可以作為短時(shí)退火過程，降低不穩(wěn)定的淺位置缺陷能級(jí)的濃度。

本發(fā)明采用的方法通過控制電子輻照能量的高低，控制深淺位置能級(jí)的個(gè)數(shù)；通過控制電子輻照注量的大小，控制缺陷濃度的高低。

本發(fā)明采用的方法通過電子輻照條件控制缺陷能級(jí)的參數(shù)，進(jìn)而控制器件電學(xué)性能，達(dá)到按照生產(chǎn)需要定向優(yōu)化器件性能的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖

圖2是dlts測試結(jié)果圖，其中(a)為電子輻照能量2.0mev條件下的少能級(jí)譜；(b)為電子輻照能量5.0mev條件下的少子能級(jí)譜；(c)為電子輻照能量2.0mev條件下的多子能級(jí)譜；(d)為電子輻照能量為5.0mev條件下的多子能級(jí)譜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1本發(fā)明基于電子輻照控制pn結(jié)缺陷能級(jí)的方法包括以下步驟：

(1)對(duì)需要進(jìn)行性能優(yōu)化的1n4007型n-si整流二極管進(jìn)行輻照前分組。根據(jù)兩種輻照能量2.0、5.0mev和3種輻照注量5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2(即輻照時(shí)間30、90、180s)條件分為6組，另設(shè)有1組未輻照對(duì)比組，共計(jì)7組，每組包含3個(gè)器件。

(2)分別使用2.0和5.0mev的直線電子加速器對(duì)被測器件進(jìn)行電子輻照，輻照注量分別為5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2，即輻照時(shí)間分別為30、90、180s。

(3)使用的電子加速器電子束流強(qiáng)度為0.1ma，電流不穩(wěn)定度<±2％，不均勻度<±5％。

(4)輻照環(huán)境為常溫、常壓，輻照方向?yàn)榇怪庇跇悠坟?fù)極方向，輻照過程中增加風(fēng)、水冷系統(tǒng)以保證樣品表面溫度不會(huì)超過50℃。

(5)輻照后將器件在常溫、常壓條件下儲(chǔ)存120h后再進(jìn)行參數(shù)測試，以降低可能存在的退火效應(yīng)對(duì)器件性能的影響。

(6)對(duì)各組輻照器件進(jìn)行神能級(jí)瞬態(tài)譜(dlts)測試，計(jì)算各譜峰位置、相對(duì)濃度及俘獲截面，結(jié)果如圖2所示。在低輻照能量時(shí)，提高輻照注量可以提高缺陷濃度；在高輻照能量時(shí)，提高輻照注量可以明顯提高深能級(jí)缺陷濃度，并使不穩(wěn)定的淺能級(jí)缺陷退火消失。

(7)對(duì)各組輻照器件進(jìn)行電學(xué)參數(shù)測試，測試的電學(xué)參數(shù)包括正向壓降、反向漏電流、反向擊穿電壓及反向恢復(fù)時(shí)間。測試條件為：正向電流為1a時(shí)測試正向壓降；反向電壓為40v時(shí)測試反向漏電流；反向電流為300μa時(shí)測試反向擊穿電壓；正向電流100ma，反向電流10ma時(shí)測試反向恢復(fù)時(shí)間。

(8)按照生產(chǎn)需求篩選輻照條件，進(jìn)行批量生產(chǎn)。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于電子輻照控制PN結(jié)缺陷能級(jí)的方法，其步驟為：(1)一次加工前的摸底實(shí)驗(yàn)，根據(jù)輻照條件對(duì)器件進(jìn)行分組；(2)按照輻照條件對(duì)器件進(jìn)行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；(3)在常溫常壓下儲(chǔ)存器件以保證性能達(dá)到穩(wěn)定；(4)測試DLTS深能級(jí)瞬態(tài)譜，確定缺陷能級(jí)位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；(5)測試電學(xué)特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關(guān)特性；(6)進(jìn)行批量加工生產(chǎn)。本發(fā)明可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級(jí)位置、濃度等參數(shù)，重復(fù)性好，在進(jìn)行前期測試后可以進(jìn)行批量加工，實(shí)現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項(xiàng)性能的目標(biāo)。

技術(shù)研發(fā)人員：郭春生;王若旻;馮士維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.01.22
技術(shù)公布日：2017.07.04