close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY15719

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.04.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 15719
(13) C1
(19)
H 01L 21/263
(2006.01)
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ ТИРИСТОРОВ
(21) Номер заявки: a 20100509
(22) 2010.04.02
(43) 2011.12.30
(71) Заявитель: Государственное научнопроизводственное объединение "Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(72) Автор: Марченко Игорь Георгиевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научно-производственное объединение
"Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по
материаловедению" (BY)
(56) BY a20080544, 2009.
BY 11372 C1, 2008.
BY 8754 C1, 2006.
RU 2100871 C1, 1997.
US 7195959 B1, 2007.
JP 2020024 A, 1990.
BY 15719 C1 2012.04.30
(57)
Способ изготовления быстродействующих тиристоров, при котором осуществляют
предварительное облучение тиристорных структур электронами с энергией 4 МэВ дозой,
составляющей не более 5 % от численного значения концентрации основной легирующей
примеси в исходном полупроводниковом материале, в течение от 15 до 120 с при интенсивности потока электронов 1·1011 см2⋅с-1; проводят локальное облучение через металлический экран участков тиристорных структур под управляющим электродом электронами
с энергией от 2 до 10 МэВ дозой от 5⋅1015 до 5⋅1016 см-2 и облучение тормозным гаммаизлучением всего объема структур.
Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов, в
частности к радиационно-технологической обработке тиристоров на основе кремния, и
может быть использовано в их массовом производстве.
Известно, что параметры полупроводниковых приборов, в частности тиристорных
структур, взаимосвязаны и попытки улучшить, например, динамические характеристики
неизбежно ведут к ухудшению статических: блокирующей способности (из-за роста токов
утечки) и росту падения напряжения в открытом состоянии. Стремление как-то обойти
эту закономерность - одна из основных движущих сил в деятельности разработчиков полупроводниковых приборов.
Известен [1] способ создания тиристоров с малым временем выключения, согласно
которому при формировании тиристорной структуры, прошедшей операцию диффузии
золота, предложено отделять канавкой участок коллекторного перехода и соединять полученный таким образом диод с контактом тиристорной структуры. В результате этого
приема в тиристорной структуре возникает зона повышенной рекомбинации, обусловливающая локальное снижение времени выключения.
BY 15719 C1 2012.04.30
Однако этот способ, использующий сложные технологические приемы, трудоемок,
трудновоспроизводим в условиях производства, что ограничивает его возможности.
Известен [2] способ изготовления быстродействующих тиристоров, заключающийся в
использовании технологии облучения ускоренными электронами и протонами. Вид и
энергия облучения определяют окончательное сочетание характеристик мощных приборов
в открытом состоянии и характеристик восстановления. Показано, что технология протонного облучения позволяет получить более мягкую характеристику процесса обратного
восстановления тиристора при разумно малом падении напряжения на нем в проводящем
состоянии.
Недостаток способа - повышенные токи утечки, приводящие к сбоям в тиристорных
структурах при повышенных температурах эксплуатации.
Известен [3] способ изготовления быстродействующих мощных тиристоров на основе
кремния, включающий облучение тиристорных структур электронами с последующим
термоотжигом, отличающийся тем, что с целью оптимизации параметров тиристоров
облучение проводят дозой (4-10)⋅1014т⋅см-2 и термоотжиг проводят при температуре
425-440 °С в течение 2-3 ч.
Недостатком способа является то, что с его помощью невозможно получить достаточно высокое быстродействие при значениях остаточного напряжения на тиристоре, не выходящих за нормы технических условий (ТУ).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является
способ [4] изготовления быстродействующих тиристоров, включающий локальное облучение через металлический экран участка тиристорной структуры под управляющим электродом электронами с энергией 2-10 МэВ дозой 5⋅1015-5⋅1016 см-2 и облучение тормозным
гамма-излучением всего объема структуры.
Недостатком данного способа является невозможность получить тиристоры с высокими характеристиками, сочетающие быстродействие и параметры прямой и обратной ВАХ,
что ограничивает возможности способа.
Задача изобретения - улучшение быстродействия тиристоров при относительно малом
увеличении остаточного напряжения и токов утечки.
Способ изготовления быстродействующих тиристоров, при котором осуществляют
предварительное облучение тиристорных структур электронами с энергией 4 МэВ дозой,
составляющей не более 5 % от численного значения концентрации основной легирующей
примеси в исходном полупроводниковом материале, в течение от 15 до 120 с при интенсивности потока электронов 1⋅1011 см-2⋅с-1, проводят локальное облучение через металлический экран участков тиристорных структур под управляющим электродом электронами
с энергией 2-10 МэВ дозой 5⋅1015-5⋅1016 см-2 и облучение тормозным гамма-излучением
всего объема структур.
Сущность изобретения заключается в том, что перед локальным облучением тиристорной структуры, в котором электронному облучению подвергают участок структуры
под управляющим электродом, вводят операцию предварительного электронного облучения всего объема структуры.
Введение операции предварительного облучения при изготовлении быстродействующих тиристоров позволяет с большей точностью регулировать быстродействие тиристоров, используя для этих целей меньшие уровни локального облучения, и, следовательно,
получить более низкие значения остаточного напряжения и тока утечки.
Предварительное облучение электронами всей тиристорной структуры проводят дозой,
составляющей не более 5 % от численного значения концентрации основной легирующей
примеси в исходном полупроводниковом материале тиристора. При таком уровне облучения
время жизни неравновесных носителей заряда (ННЗ) в широкой базе структуры снижается
до величины, при которой проводимость базового слоя почти полностью модулируется
ННЗ и роста остаточного напряжения не происходит. При меньшей или большей дозе
2
BY 15719 C1 2012.04.30
предварительного облучения получаются худшие результаты: в первом случае из-за недостаточного уменьшения времени жизни ННЗ, а во втором - из-за слишком большого
снижения величины времени жизни ННЗ, которое приводит к значительному уменьшению
степени модуляции базового слоя и poсту остаточного напряжения [5].
Пример конкретного выполнения.
В качестве исходного материала, использующегося для создания тиристоров средней
и большой мощности, служит кремний или, более конкретно, очищенный зонной плавкой
и легированный фосфором (основная легирующая примесь) кремний n-типа [6]. Следует
отметить, что для тиристоров может использоваться слой кремния с концентрацией основной легирующей примеси 2⋅1013-2⋅1014 см-3 (удельным сопротивлением 30-300 Ом⋅см).
1. Заявляемый способ был опробован на тиристорных структурах, рассчитанных на
прямой ток до 10 А, максимальное прямое и обратное напряжение 400 В. Требования к
параметрам: остаточное напряжение на тиристоре в открытом состоянии ≤ 2,0 В, обратный ток тиристора (ток утечки) при прямом и обратном смещении ≤ 5 мА в диапазоне
температур - 60÷ +110 °С.
Структуры формировались по стандартной технологии путем многократной диффузии
примесей и нанесения контактов на пластине n-типа кремния, легированного фосфором до
концентрации ~ 1,5⋅1014 см-3, диаметром 40 мм и толщиной 0,5 мм (толщина широкой
n-базы 170-180 мкм).
2. Измеряют время жизни ННЗ (дырок) τP при высоком уровне инжекции в широкой
базе тиристорной структуры до облучения и пластины направляют на предварительное
облучение. В тиристорах данного типа, допускается снижение величины τP за счет предварительного облучения до ~ 24-26 мкс, поскольку при этом диффузионная длина дырок
(LP), рассчитанная из известного соотношения LP = (DP⋅τP)0,5, где DP - коэффициент диффузии дырок, равный 12,5 см2⋅с-1, составляет величину, равную толщине широкой базы:
170-180 мкм. В этом случае n-база полностью модулируется дырками, что обеспечивает
относительно небольшое значение остаточного напряжения на тиристоре.
3. Предварительное облучение тиристорных структур проводят электронами с энергией
4 МэВ дозами в интервале от 1,5⋅1012 до 1,2⋅1013 см-2, что составляет ~ 1-8 % от численного значения концентрации основной легирующей примеси в исходном полупроводниковом материале тиристора, и контролируют величину τP на различных этапах облучения.
Время облучения при интенсивности потока электронов 1⋅1011 см-2⋅с-1 составляло от 15 до
120 с соответственно. При достижении τP величины 24-26 мкс предварительное облучение
прекращают.
4. Затем предварительно облученные структуры подвергают электронному облучению
через металлический защитный экран, локально облучая электронами часть тиристорной
структуры под управляющим электродом, а весь объем - тормозным гамма-излучением. В
этом случае также использовались электроны с энергией 4 МэВ. При интенсивности пучка
электронов 2⋅1012 см-2⋅с-1 время облучения составляло до 4000 с. После облучения пластину разрезают на отдельные структуры и из них изготовляют тиристоры. Сборку тиристоров осуществляют по стандартной технологии при температуре 350 °С.
В таблице приведены результаты радиационной обработки пяти партий тиристорных
структур. При облучении первых четырех доза предварительного облучения варьировалась как в допустимом интервале, так и вне его, а пятую облучали по прототипу: без предварительного облучения (доза локального облучения 6⋅1015 см-2). По общепринятым методикам
измерялись стандартные параметры тиристоров: время выключения tg, остаточное напряжение UT и обратный ток IR.
Сравнение данных, приведенных в таблице, позволяет заключить, что обработка тиристорных структур по предлагаемому способу позволяет получить лучшее быстродействие
при меньших значениях остаточного напряжения и обратного тока, т.е. лучшее, чем в про3
BY 15719 C1 2012.04.30
тотипе, соотношение динамических и статических характеристик тиристоров, что позволит более эффективно использовать данные приборы в энергосберегающей аппаратуре.
Изменение времени выключения, остаточного напряжения и обратного тока
тиристорных структур в зависимости от дозы предварительного облучения
№ п/п
Доза предварительного облучения, см-2
tg, мкс
UT, В
IR, мА
1
2
3
4
5
1,5⋅1012 см-2
4,5⋅1012 см-2
7,5⋅1012 см-2
1,2⋅1013 см-2
прототип
25-31
23-28
16-22
17-23
20-30
1,8-2,25
1,5-1,85
1,4-1,8
1,7-2,2
1,5-2,0
≤5
3
≤3
3
≤5
Источники информации:
1. Грехов И.В. и др. Физика и техника полупроводников. - 1971. - Т. 5. - Вып. 7. С. 1409-1415.
2. Губарев В.Н. и др. Прикладная физика. - 2001. - № 4. - С. 85-92.
3. Патент США 4177477, МПК H 01L 29/74, 1979.
4. Патент BY 12994, 2009.
5. Коршунов Ф.П. и др. Радиационные эффекты в полупроводниковых приборах. Минск: Наука и техника, 1978. - C. 59, 143.
6. Тейлор П. Расчет и проектирование тиристоров: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат,
1990. - C. 61-64.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
92 Кб
Теги
by15719, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа