一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電力電子器件制造以及電力電子電路領(lǐng)域，尤其設(shè)計(jì)一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN基半導(dǎo)體材料由于具有寬禁帶、高電子迀移速度、高熱導(dǎo)率、耐腐蝕，抗輻射等突出優(yōu)點(diǎn)，在制作高溫、高頻、大功率電子器件方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
[0003]GaN基高壓肖特基二極管由于相較于Si基二極管器件具有更低的導(dǎo)通電阻，更高的反向耐壓，以及極短的反向恢復(fù)時(shí)間，以及比SiC基二極管器件具有更低的價(jià)格，得到了廣泛的研宄和發(fā)展。
[0004]但是，由于肖特基二極管在反向工作時(shí)，隨著耐壓的升高會(huì)發(fā)生肖特基勢(shì)皇降低效應(yīng)和勢(shì)皇隧穿效應(yīng)，這樣就會(huì)使得器件反向工作時(shí)的漏電流大大升高。GaN材料高的缺陷密度，也會(huì)升高器件反向工作時(shí)的漏電流。由于GaN材料高的擊穿雪崩擊穿電場(chǎng)，在器件的反向漏電流很高時(shí)也很難達(dá)到雪崩擊穿。這樣就會(huì)使得所設(shè)計(jì)GaN基二極管器件的反向額定電壓遠(yuǎn)低于材料發(fā)生雪崩擊穿時(shí)的耐壓。
[0005]然而，對(duì)于Si基高壓二極管材料，由于Si材料低的雪崩擊穿電場(chǎng)，當(dāng)反向電壓超過(guò)器件反向額定電壓時(shí)會(huì)發(fā)生雪崩擊穿。在實(shí)際電路中，當(dāng)電路不穩(wěn)定，使得器件反向工作電壓高于額定電壓達(dá)到雪崩擊穿電壓時(shí)，由于雪崩效應(yīng)使得器件上反向電壓固定。固定反向電壓下直線上升的反向漏電流，也會(huì)觸發(fā)電路中的保護(hù)裝置，從而保護(hù)整個(gè)電力電子系統(tǒng)。
[0006]對(duì)于GaN基肖特基二極管器件，當(dāng)反向電壓高于GaN基肖特基二極管的反向額定壓時(shí)，由于不會(huì)雪崩擊穿，反向電壓不能固定。在不穩(wěn)定的電路中，會(huì)發(fā)生反向電壓與反向漏電流同時(shí)上升的現(xiàn)象。而過(guò)高的反向電壓與反向漏電流不但會(huì)增加電路的功耗，而且會(huì)對(duì)功率器件自身以及電路產(chǎn)生破壞作用。在電路設(shè)計(jì)中，缺少了雪崩電流的反饋?zhàn)饔?，也?huì)增加反饋電路的設(shè)計(jì)難度。
[0007]因此，GaN基肖特基二極管的反向工作特性需要改進(jìn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于此，本發(fā)明的目的旨在解決常規(guī)GaN基肖特基二極管在實(shí)際應(yīng)用中，反向工作時(shí)，當(dāng)反向電壓超過(guò)反向額定電壓時(shí)，不能固定反向電壓，不能形成雪崩電流反饋的問(wèn)題。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的其技術(shù)方案為，一種帶雪崩擊穿特性的GaN肖特基二極管器件，其結(jié)構(gòu)為，反向耐壓大于或者等于設(shè)計(jì)所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管。
[0010]上述GaN肖特基二極管的陰極與所述的Si基二極管陰極相連。
[0011]為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求之目的其技術(shù)方案為，上述GaN基肖特基二極管由兩個(gè)或兩個(gè)以上GaN基二極管相互串聯(lián)或并聯(lián)的模塊，整體反向額定耐壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
[0012]當(dāng)單個(gè)Si基二極管不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求反向額定電壓時(shí)，上述Si基二極管是由兩個(gè)或兩個(gè)以上Si基二極管相互串聯(lián)或并聯(lián)的模塊，其反向額定電壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
[0013]上述GaN基肖特基二極管器件，與其搭配的Si基二極管的結(jié)構(gòu)是通用型二極管結(jié)構(gòu)。
[0014]上述一種帶雪崩擊穿特性的GaN肖特基二極管器件的制作方法包括以下步驟:
[0015]步驟一:選擇反向耐壓大于或者等于設(shè)計(jì)所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管。
[0016]步驟二:選擇反向額定電壓等于設(shè)計(jì)要求反向額定電壓的Si基二極管。
[0017]步驟三:將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管陽(yáng)極與步驟二中所述的Si基二極管或陽(yáng)極相連，將步驟一中所述的GaN基肖特基二極管的陰極與將步驟一中所述的Si基二極管陰極相連。
[0018]其中步驟一所述的GaN基肖特基二極管器件，可以是GaN體材料肖特基二極管也可以是AlGaN/GaN HEMTs肖特基二極管。
[0019]其中，為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求，步驟一中所述的GaN基肖特基二極管也可以是兩個(gè)或者兩個(gè)以上的GaN基二極管相互串聯(lián)或者并聯(lián)形成的模塊，其反向額定耐壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
[0020]其中，當(dāng)單個(gè)Si基二極管不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求反向額定電壓時(shí)，步驟二中所述的Si基二極管也可以是兩個(gè)或者兩個(gè)以上Si基二極管相互串聯(lián)的模塊，其反向額定電壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
[0021]其中步驟二中所述的Si基二極管的結(jié)構(gòu)可以是各種結(jié)構(gòu)，如:肖特基結(jié)構(gòu)、PiN結(jié)構(gòu)等等。
[0022]其中步驟三種所述的GaN基二極管與Si基二極管的連接方法，可以是各種方法，如:封裝為DBC模塊、電路板焊接或者其他封裝形式。
[0023]本發(fā)明中應(yīng)用Si基二極管與GaN基肖特基二極管并聯(lián)，利用了 Si基二極管反向電壓超過(guò)額定電壓的雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護(hù)了器件與電路。改進(jìn)了 GaN基肖特基二極管的反向特性。增強(qiáng)了電路系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0024]附圖1是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中，將一個(gè)GaN基肖特基二極管與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)的示意圖
[0025]附圖2是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中，將一個(gè)GaN基肖特基二極管與二個(gè)或兩個(gè)以上串聯(lián)的Si基二極管并聯(lián)的示意圖
[0026]附圖3是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中，將兩個(gè)或者兩個(gè)以上串聯(lián)GaN基肖特基二極管與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)的示意圖
[0027]附圖4是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中，將兩個(gè)或者兩個(gè)以上并聯(lián)的GaN基肖特基二極管與一個(gè)Si基二極管并聯(lián)的示意圖
[0028]附圖5是本發(fā)明實(shí)施實(shí)例中，將兩個(gè)或者兩個(gè)以上并聯(lián)的GaN基肖特基二極管與兩個(gè)或者兩個(gè)以上串聯(lián)的Si基二極管并聯(lián)的示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明中應(yīng)用Si基二極管與GaN基二極管并聯(lián)，利用了 Si基二極管雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，形成雪崩電流反饋，從而保護(hù)了器件與電路。改進(jìn)了 GaN基肖特基二極管的反向特性。增強(qiáng)了電路系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。
[0030]為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和技術(shù)方案，以下結(jié)合附圖通過(guò)具體實(shí)施例的描述，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、優(yōu)點(diǎn)和性能。
[0031]實(shí)施實(shí)例一:將兩個(gè)反向額定電壓相同GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯(lián)，如附圖1所示。
[0032]實(shí)施實(shí)例二:當(dāng)單個(gè)Si基二級(jí)管的反向額定電壓不能達(dá)到GaN基肖特基二極管的反向額定電壓時(shí)，串聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以上Si基二極管使其總的反向額定電壓與一個(gè)GaN基肖特基二極管的反向額定電壓相同，將串聯(lián)的Si基二極管與GaN基二極管并聯(lián)，如附圖2所示。
[0033]實(shí)施實(shí)例三:當(dāng)單個(gè)GaN基肖特基二極管不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的反向額定電壓時(shí)，串聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以GaN基肖特基二極管，使其總的反向額定電壓等于設(shè)計(jì)要求的反向額定電壓。選擇與串聯(lián)GaN基二極管總的反向額定電壓相同的Si基二極管，并將其與串聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖3所示。
[0034]實(shí)施實(shí)例四:當(dāng)單個(gè)GaN基肖特基二極管不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求的正向額定電流時(shí)，并聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以上GaN基肖特基二極管，使其總的額定電流達(dá)到設(shè)計(jì)要求的正向額定電流，選擇與并聯(lián)GaN基二極管相同反向額定電壓的Si基二極管，并將其與并聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖4所示。
[0035]實(shí)施實(shí)例五:并聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以上GaN基肖特基二極管，串聯(lián)兩個(gè)或者兩個(gè)以上Si基二極管使其反向額定電壓與并聯(lián)GaN基肖特基二極管反向額定電壓相同，將串聯(lián)的Si基二極管其與并聯(lián)的GaN基二極管并聯(lián)，如附圖5所示。
[0036]上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施實(shí)例做了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明不限于上述實(shí)施實(shí)例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征是，反向耐壓大于或者等于設(shè)計(jì)所需反向額定電壓的GaN基肖特基二極管，反向額定電壓等于設(shè)計(jì)要求反向額定電壓的Si基二極管，所述的GaN基肖特基二極管陽(yáng)極與所述的Si基二極管的陽(yáng)極相連，將所述的GaN基肖特基二極管的陰極與所述的Si基二極管陰極相連。
2.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，為了達(dá)到設(shè)計(jì)所需的正向額定電流與反向額定電壓的要求，所述的GaN基肖特基二極管由兩個(gè)或兩個(gè)以上GaN基二極管相互串聯(lián)或并聯(lián)形成的模塊，其反向額定耐壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
3.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，當(dāng)單個(gè)Si基二極管不能達(dá)到設(shè)計(jì)要求反向額定電壓時(shí)，所述的Si基二極管由兩個(gè)或兩個(gè)以上Si基二極管相互串聯(lián)的模塊，其反向額定電壓為整個(gè)模塊的反向額定電壓。
4.如權(quán)利要求1所述一種帶雪崩擊穿特性的GaN基肖特基二極管器件，其特征在于，所述的Si基二極管的結(jié)構(gòu)是通用型二極管結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種帶雪崩特性的GaN基肖特基二極管器件。器件包括將兩個(gè)反向額定電壓相同的GaN基肖特基二極管與Si基二極管并聯(lián)，使得器件在反向工作時(shí)，當(dāng)反向耐壓超過(guò)器件的反向額定電壓時(shí)，通過(guò)Si基二極管的雪崩擊穿效應(yīng)，固定反向電壓，并且通過(guò)Si基二極管的雪崩效應(yīng)產(chǎn)生雪崩電流，反饋給保護(hù)電路。從而保護(hù)器件本身以及整個(gè)電路系統(tǒng)，增強(qiáng)器件和電路的安全性與穩(wěn)定性。
【IPC分類(lèi)】H01L25-18, H01L29-872
【公開(kāi)號(hào)】CN204516763
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420695802
【發(fā)明人】何志, 謝剛
【申請(qǐng)人】佛山芯光半導(dǎo)體有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2014年11月19日