本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體涉及一種準(zhǔn)垂直jbs二極管及單片集成dru三相整流單元。

背景技術(shù)：

1、dru(diode?rectifier?unit，二極管不控整流單元)整流單元常用于大功電力電子設(shè)備交直流轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)有技術(shù)中，大多數(shù)功率器件仍然采用大功率硅單管以分立器件的形式應(yīng)用于dru整流電路中，但采用分立器件組成dru整流電路導(dǎo)致集成度較低。隨著對整流系統(tǒng)的功率處理能力、設(shè)備小型化以及設(shè)備可靠性的要求越來越高，現(xiàn)有的板級集成dru整流系統(tǒng)將越來越難以適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的需要。

2、現(xiàn)有dru電路核心器件二極管大多數(shù)采用si基材料制造，但是隨著功率處理設(shè)備的效率、功率密度、設(shè)備體積的要求越來越高，si基器件正快速逼近其本征材料特性的理論極限，導(dǎo)致器件功率密度低，大功率條件下難以實(shí)現(xiàn)小型化。

3、而且，現(xiàn)有小尺寸dru電路的電壓應(yīng)用范圍較窄，核心器件二極管的耐壓較低，這些都制約了dru整流單元的性能及其發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)垂直jbs二極管、一種準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法、一種單片集成dru三相整流單元和一種單片集成dru三相整流單元的制備方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種準(zhǔn)垂直jbs二極管，包括：

3、由下至上依次設(shè)置的si襯底、n+gan導(dǎo)通層、n型gan漂移層；所述n型gan漂移層的頂層區(qū)域內(nèi)設(shè)置有呈同心環(huán)狀分布的槽結(jié)構(gòu)，每個(gè)槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)部以及所述n型gan漂移層的側(cè)面設(shè)置有摻雜mg的p型bn材料；設(shè)置有槽結(jié)構(gòu)的整個(gè)n型gan漂移層表面上設(shè)置有陽極；所述n+gan導(dǎo)通層的表面上環(huán)繞所述n型gan漂移層間隔設(shè)置有陰極。

4、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述n+gan導(dǎo)通層中si的摻雜濃度為1.0×1018cm-3～1.0×1019cm-3。

5、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述n型gan漂移層中非槽結(jié)構(gòu)部分的si摻雜濃度為1.8×1015cm-3～1.0×1017cm-3。

6、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述p型bn材料中mg的摻雜濃度為1.7×1015cm-3～5.0×1016cm-3。

7、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述槽結(jié)構(gòu)的深度為0.5μm～4μm，各同心環(huán)狀的槽結(jié)構(gòu)之間的間距為1μm～2.5μm。

8、第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法，用于制備第一方面所述的準(zhǔn)垂直jbs二極管，所述準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法包括：

9、獲取外延層結(jié)構(gòu)，所述外延層結(jié)構(gòu)從下至上包括si襯底、n+gan導(dǎo)通層和n型gan漂移層；

10、刻蝕去除外側(cè)的n型gan漂移層，使得保留的n型gan漂移層和暴露出的n+gan導(dǎo)通層形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；

11、刻蝕去除外側(cè)的n+gan導(dǎo)通層，使得保留的n+gan導(dǎo)通層和暴露出的si襯底形成臺(tái)階結(jié)構(gòu)；

12、在n型gan漂移層的頂層區(qū)域內(nèi)刻蝕出呈同心環(huán)狀分布的槽結(jié)構(gòu)；

13、利用磁控濺射工藝在槽結(jié)構(gòu)的內(nèi)部以及n型gan漂移層的側(cè)面濺射摻雜mg的p型bn材料，并進(jìn)行熱退火處理；利用f基刻蝕工藝去除器件上表面多余的濺射材料；

14、在si襯底上表面以上暴露的所有表面和側(cè)面上生長鈍化層；

15、去除整個(gè)n型gan漂移層表面上的鈍化層形成陽極接觸開孔，并通過去除n+gan導(dǎo)通層兩側(cè)預(yù)定位置的鈍化層形成陰極接觸開孔；

16、通過在陽極接觸開孔內(nèi)進(jìn)行金屬蒸鍍形成陽極，通過在陰極接觸開孔內(nèi)進(jìn)行金屬蒸鍍形成環(huán)繞n型gan漂移層且具有一定間距的陰極。

17、第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種單片集成dru三相整流單元，包括：

18、第一交流電輸入端、第二交流電輸入端、第三交流電輸入端、第一整流后直流輸出端、第二整流后直流輸出端，以及六個(gè)整流橋臂分別對應(yīng)的二極管組，包括第一相位正向二極管組、第一相位反向二極管組、第二相位正向二極管組、第二相位反向二極管組、第三相位正向二極管組和第三相位反向二極管組；

19、其中，所述第一交流電輸入端和所述第一相位正向二極管組的陽極輸入端、所述第一相位反向二極管組的陰極輸入端相連；

20、所述第二交流電輸入端和所述第二相位正向二極管組的陽極輸入端、所述第二相位反向二極管組的陰極輸入端相連；

21、所述第三交流電輸入端和所述第三相位正向二極管組的陽極輸入端、所述第三相位反向二極管組的陰極輸入端相連；

22、所述第一整流后直流輸出端和所述第一相位正向二極管組、所述第二相位正向二極管組、所述第三相位正向二極管組的陰極輸入端均相連；

23、所述第二整流后直流輸出端和所述第一相位反向二極管組、所述第二相位反向二極管組、所述第三相位反向二極管組的陽極輸入端均相連；

24、每個(gè)二極管組中的二極管滿足同向串聯(lián)關(guān)系，且數(shù)量相同，采用第一方面所述的準(zhǔn)垂直jbs二極管實(shí)現(xiàn)，各準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法為第二方面所述的準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法。

25、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述單片集成dru三相整流單元的工作過程包括：

26、在每個(gè)周期內(nèi)，通過所述第一交流電輸入端、所述第二交流電輸入端、所述第三交流電輸入端輸入的三相電波形，依據(jù)電路的開啟狀態(tài)，在六個(gè)開啟區(qū)間內(nèi)，利用對應(yīng)開啟區(qū)間內(nèi)同時(shí)導(dǎo)通的二極管組，將輸入側(cè)交流電壓整流為輸出側(cè)直流電壓，通過所述第一整流后直流輸出端和所述第二整流后直流輸出端輸出；其中，每個(gè)開啟區(qū)間內(nèi)有且僅有兩個(gè)且互為正負(fù)的二極管組導(dǎo)通。

27、在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在六個(gè)開啟區(qū)間內(nèi)，同時(shí)導(dǎo)通的二極管組，包括：

28、在第一開啟區(qū)間t1內(nèi)，所述第一相位正向二極管組和所述第三相位反向二極管組導(dǎo)通；

29、在第二開啟區(qū)間t2內(nèi)，所述第二相位正向二極管組和所述第三相位反向二極管組導(dǎo)通；

30、在第三開啟區(qū)間t3內(nèi)，所述第二相位正向二極管組和所述第一相位反向二極管組導(dǎo)通；

31、在第四開啟區(qū)間t4內(nèi)，所述第三相位正向二極管組和所述第一相位反向二極管組導(dǎo)通；

32、在第五開啟區(qū)間t5內(nèi)，所述第三相位正向二極管組和所述第二相位反向二極管組導(dǎo)通；

33、在第六開啟區(qū)間t6內(nèi)，所述第一相位正向二極管組和所述第二相位反向二極管組導(dǎo)通。

34、第四方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種單片集成dru三相整流單元的制備方法，用于制備第三方面所述的單片集成dru三相整流單元，所述單片集成dru三相整流單元的制備方法包括：

35、在同一si襯底上，獲取制備完成的多個(gè)準(zhǔn)垂直jbs二極管；其中，每個(gè)準(zhǔn)垂直jbs二極管利用第二方面所述的準(zhǔn)垂直jbs二極管的制備方法制備得到；

36、在所述si襯底上多器件結(jié)構(gòu)暴露的所有表面及側(cè)面再次生長鈍化層，通過刻蝕鈍化層進(jìn)行開孔，并進(jìn)行孔內(nèi)金屬蒸鍍，依據(jù)單片集成dru三相整流單元的準(zhǔn)垂直jbs二極管電極連接要求，形成第一層金屬互聯(lián)；

37、再次生長鈍化層，通過刻蝕鈍化層進(jìn)行開孔，并進(jìn)行孔內(nèi)金屬蒸鍍，依據(jù)單片集成dru三相整流單元的準(zhǔn)垂直jbs二極管電極連接要求，形成第二層金屬互聯(lián)。

38、本發(fā)明的有益效果：

39、本發(fā)明實(shí)施例的二極管使用硅基gan材料，能夠降低電路成本，在硅基氮化鎵襯底上采用凹槽填充mg摻雜p型bn材料，能夠保證二極管形成jbs(結(jié)型勢壘肖特基)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實(shí)施例用具有mg摻雜p型bn?jbs技術(shù)提升的準(zhǔn)垂直二極管取代傳統(tǒng)肖特基二極管，利用bn材料的高擊穿場強(qiáng)、jbs環(huán)結(jié)構(gòu)的電場調(diào)節(jié)能力以及器件側(cè)壁覆蓋p-bn對側(cè)壁漏電流的抑制作用，能夠提升二極管的耐壓值。

40、在此基礎(chǔ)上提供的單片集成dru三相整流單元，實(shí)現(xiàn)了集成度的提高，極大的縮小了電路體積，能夠提升電路可靠性?，F(xiàn)有器件多采用si器件，而gan器件相較于si器件能在更復(fù)雜的工況下穩(wěn)定工作，其所具備的優(yōu)良的電學(xué)性能和穩(wěn)定性被認(rèn)為其適合應(yīng)用在高頻、大功率、強(qiáng)輻射等場合。本發(fā)明基于p-bn技術(shù)的硅基氮化鎵準(zhǔn)垂直jbs二極管，利用bn材料的高擊穿場強(qiáng)以及jbs結(jié)構(gòu)的電場調(diào)節(jié)能力，極大提升了肖特基二極管的耐壓水平，拓寬了小型化dru三相整流電路的電壓應(yīng)用窗口，能夠增強(qiáng)dru整流電路的功率處理能力。而現(xiàn)有技術(shù)多采用傳統(tǒng)肖特基二極管，缺少有效的結(jié)終端技術(shù)來提升器件工作電壓，限制了現(xiàn)有器件的工作范圍。