Глава 4. Производство диодов Шоттки

Производители диодов Шоттки постоянно повышают максимально допустимое обратное напряжение этих приборов. Десять лет назад диоды Шотки можно было использовать только в преобразователях с выходным напряжением 5 или 12 В. В настоящее время их производят по арсенид-галлиевой и карбид-кремниевой технологиям с более высоким номинальным напряжением. Максимальное обратное напряжение кремниевых диодов Шотки — порядка 150 В, что делает их пригодными для универсальных первичных источников питания с напряжением 48 В, в телекоммуникационных системах. Пиковое обратное напряжение арсенид-галлиевых диодов достигает 300 В, что позволяет использовать их при выходном напряжении 100 В. Прямое падение напряжения для арсенид-галлиевых диодов Шотки составляет обычно 0.8 В. Как правило, с этим не возникает проблем, так как ток в высоковольтных источниках питания обычно намного меньше, чем в низковольтных.

До недавнего времени в повышающих преобразователях применялись только высоковольтные ультрабыстрые или FRED-диоды. Значительное время прямого и обратного восстановления этих диодов ограничивало их применение частотами 100...300 кГц. Максимальное обратное напряжение карбид-кремниевых диодов Шоттки, производимых фирмами Advanced Power Technologies, Infineon и Сгее, достигает 1200 В. Производители предполагают, что следующие поколения карбид-кремниевых диодов будут выдерживать напряжения до 2000 В. Типовое прямое падение напряжения у карбид-кремниевых диодов составляет: 1.5 В — для 600-вольтовых диодов и 3.0 В — для 1200-вольтовых диодов, поэтому рассеивание мощности на них выше, чем на диодах FRED, при одном и том же уровне тока. Значительная доля потерь FRED является следствием эффекта обратного восстановления, тогда как в карбид-кремниевых диодах Шотки на первом месте стоят потери из-за снижения проводимости при высоких температурах. Тем не менее карбид-кремниевые диоды способны выдерживать значительно более высокие температуры, чем кремниевые диоды, при одном и том же размере кристалла. Прямое напряжение имеет положительный температурный коэффициент, поэтому можно запараллеливать карбид-кремниевые диоды с целью повышения предельно допустимого тока. Ещё одно преимущество карбид-кремниевых диодов заключается в том, что обратный ток утечки имеет гораздо меньшую зависимость от температуры, чем у кремниевых или арсенид-галлиевых диодов.

Поскольку в диодах Шотки практически отсутствует эффект прямого или обратного восстановления применение карбид-кремниевых диодов позволяет цепям коррекции коэффициента мощности работать на частотах свыше 500 кГц. Это позволяет намного уменьшить габариты дросселей и повысить производительность. Упрощается также фильтрация электромагнитных помех, так как компоненты фильтра могут быть гораздо меньше при одинаковой степени ослабления помех. Использование: при изготовлении низкобарьерных диодов Шоттки на арсениде галлия. Сущность изобретения: в способе изготовления диода Шоттки, включающем фотолитографию рисунка барьерной области, нанесение на эту область многокомпонентной металлической пленки методом вакуумного термического напыления и термообработку металлической пленки с последующим охлаждением, в качестве металлической пленки используют эвтектический сплав Au-Ge, который наносят на холодную подложку с последующей взрывной литографией металлизации барьерной области. Масса навески сплава Аu-Ge составляет одну четвертую часть массы навески, используемой для изготовления омического контакта этого же диода. Термообработку полученной структуры проводят при температуре 390-410 С ⁰в течение 10-60 с, время нагрева составляет 0,7-1,5 мин, время охлаждения 20-60 с. Техническим результатом изобретения является создание способа, позволяющего улучшить высокочастотные свойства диода.

 Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при изготовлении низкобарьерных диодов Шоттки на арсениде галлия.

 Известен способ изготовления диодов Шоттки [3], сущность которого заключается в нанесении металлического покрытия Au-Ge-Ni методом электрохимического осаждения по следующей схеме. Сначала осаждают слой золота из раствора натрий углекислый - желтая кровяная соль - золото, далее осаждение золота продолжают из раствора дицианоаурат калия - лимонная кислота - калий лимоннокислый трехзамещенный - никель углекислый - гексаметилендиаминтетрауксусная кислота. Затем осаждают слой Ge-Ni из раствора

GеО2-(КООС(СНОН)2COONa4H20))-NiS04.

 Недостатком вышеуказанного электрохимического способа осаждения металлической пленки является разрастание пленки за пределы фотолитографического рисунка. Это влечет за собой увеличение площади барьера и, следовательно, увеличение барьерной емкости, что снижает граничную рабочую частоту диода, а также приводит к увеличению обратных токов диода и снижению чувствительности диода.

 Известен также способ изготовления диодов Шоттки [4] путем осаждения металлической пленки Sn-Au-Ge с последующим понижением высоты барьера с помощью температурной обработки, который принят в качестве прототипа предлагаемого технического решения. Недостатком такого способа является получение многокомпонентной металлической пленки неэвтектического состава, что приводит к плохой воспроизводимости процесса понижения высоты барьера при последующей термообработке, то есть к снижению чувствительности диода и его граничной рабочей частоты.

 Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа изготовления диода Шоттки, позволяющего улучшить высокочастотные свойства диода путем повышения чувствительности диода и его граничной рабочей частоты.

 Для решения данной технической задачи в способе изготовления диода Шоттки, включающем фотолитографию рисунка барьерной области, нанесение на эту область многокомпонентной металлической пленки методом вакуумного термического напыления и термообработку металлической пленки с последующим охлаждением, в качестве металлической пленки используют эвтектический сплав Au-Ge, который наносят на холодную подложку с последующей взрывной литографией металлизации барьерной области.

 Из теории омического контакта к полупроводниковым материалам следует, что при любой концентрации носителей заряда в полупроводнике при площади контакта меньше 3 мкм2 получить качественный омический контакт невозможно. Следовательно, сохранение геометрических размеров барьерного контакта при вакуумном термическом напылении металлизации предотвращает деградацию барьерного контакта при понижении высоты барьера диода путем термообработки, в отличие от электрохимического метода осаждения металлизации.

 Масса навески сплава Au-Ge составляет одну четвертую часть массы навески, используемой для изготовления омического контакта этого же диода.

 Термообработку полученной структуры проводят при температуре 390-410 .

Термообработку полученной структуры проводят в течение 10-60 с.

 Время нагрева полученной структуры составляет 0,7-1,5 мин.

 Время охлаждения полученной структуры составляет 20-60 с.

 Эвтектический состав полученной металлической пленки и строго заданная ее толщина при вакуумном термическом напылении позволяют воспроизводимо проводить процесс легирования арсенида галлия в барьерной области при низких температурах и из ограниченного источника.

 Сущность осуществления способа заключается в следующем.

 На поверхность полупроводниковой структуры арсенида галлия, взятой после операции фотолитографии области барьера, наносится металлическое покрытие, состоящее из сплава Au-Ge эвтектического состава (соотношение компонентов в сплаве - 88% Au - 12% Ge). Нанесение металлического покрытия производят методом вакуумного термического напыления сплава Au-Ge на холодную (при комнатной температуре) подложку. Масса навески сплава Au-Ge составляет одну четвертую часть массы навески, используемой для изготовления омического контакта этого же диода. После операции взрывной литографии проводят термическую обработку полученной структуры. Барьерный контакт с пониженной высотой барьера должен иметь резкий переход от металлической пленки к полупроводнику в слое толщиной не более 100 ангстрем при концентрации носителей в этом слое не менее 51018 см-3. Исходная концентрация носителей в слое полупроводника составляет 1016 см-3.

 Для обеспечения таких характеристик подбарьерного слоя проводится температурная обработка структуры металлическая пленка - полупроводник при температуре 395 .. Время нагрева до температуры 395 . составляет 40 с, время выдержки при этой температуре 20 с, время охлаждения до температуры прекращения диффузионного процесса 40 с.

 Данный способ изготовления диода Шоттки на арсениде галлия технологически прост, обеспечивает получение химически чистого покрытия строго определенного состава с геометрическими размерами, заданными фотошаблоном. Изготовленные таким способом диоды имеют граничную частоту 1000 ГГц.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

 

Область применения диодов Шоттки определяется их основными характеристиками:

1)низкое прямое падение напряжение;

2)высокое быстродействие;

3)фактическое отсутствие заряда обратного восстановления.

Предпочтительным является применение диодов Шоттки в низковольтных мощных выпрямителях с выходным напряжением в несколько десятков вольт, на высоких частотах переключения.

Диоды могут успешно применяться в импульсных источниках питания, конверторах, устройства заряда батарей и так далее.