WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

Согласно этой модели, сразу после своего образования при смещении атомов из узла в n-Si вакансии захва- диодов, транзисторов и тиристоров. Известно, что предельная частота работы приборов этого класса огранитывают электроны из зоны проводимости и становятся отрицательно заряженными. Поэтому во время облу- чена в первую очередь сравнительно медленным процессом переключения прибора из проводящего состояния в чения концентрация свободных электронов в области блокирующее и коммутационными потерями энергии во максимальной генерации вакансий, расположенной на время этого процесса. Для ускорения процесса выключеглубине Rp от поверхности, может быть существенно ния, т. е. сокращения времени рассасывания электронноменьше средней концентрации доноров. Это приводит к появлению при облучении локального электрического дырочной плазмы при переключении структуры прибора поля в области с резко неоднородным распределением в блокирующее состояние, и улучшения частотных хавакансий, тянущего отрицательно заряженные вакансии рактеристик приборов обычно уменьшают время жизни в направлении уменьшения их концентрации. В резуль- носителей заряда в базовых слабо легированных слоях тате такого действия поля наблюдается уширение пика полупроводниковых приборных структур. С этой целью на профиле концентрации радиационных дефектов, в в настоящее время широко используется облучение присостав которых входят вакансии. Это уширение осо- боров потоком электронов или -квантов. Такая радиаФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами ционная технология уменьшения времени жизни отличается выской точностью и воспроизводимостью, большой производительностью и малой себестоимостью. Однако при облучении приборов электронами или -квантами образование радиационных дефектов происходит квазиоднородно в объеме базовых областей полупроводниковых структур. При больших дозах облучения, используемых в производстве высокочастотных приборов, большая концентрация радиационных дефектов во всем объеме базовых слоев полупроводниковой структуры приводит к сильному уменьшению степени модуляции ее проводимости и резкому росту потерь энергии в проводящем состоянии прибора.

В отличие от электронного и -облучения, облучение приборов протонами или -частицами, обладая всеми достоинствами радиационных технологий, позволяет проводить уменьшение времени жизни носителей заряда в локальном объеме полупроводниковой структуры прибора. Локальность радиационного воздействия позволяет улучшить совокупность статических и частотных характеристик приборов, которые имеют противоположный характер зависимости от времени жизни неравновесных носителей заряда. Дело в том, что для эффективного сокращения времени выключения силовых приборов уменьшение времени жизни носителей заряда можно осуществлять не во всем объеме базовых слоев структуры, а только в той его части, где это наиболее сильно влияет на процесс переключения из проводящего Рис. 15. a — корреляция изменения падений напряжения состояния в блокирующее. В этом случае при тех же в проводящем состоянии Vf с временем обратного восстапараметрах процесса выключения приборы с неоднородновления trr для диодных p+-n-n+-структур, облученных ным профилем времени жизни неравновесных носителей электронами с энергией 1 МэВ (случай однородного распрезаряда имеют меньшие падения напряжения на структуре деления концентрации радиационных дефектов в n-базе див проводящем состоянии. Рассмотрим кратко основные ода) и протонами с энергией 3.3 МэВ (случай создания зорезультаты исследований по оптимизации частотных ханы повышенной рекомбинации в n-базе диода вблизи p+-nрактеристик различных приборов, прошедших облучение перехода). Параметры p+-n-n+-структуры: общая толщипротонами или -частицами с целью создания локальных на 645 мкм, глубина залегания p+-n-перехода 80 мкм, глуобластей повышенной рекомбинации в базовых слоях бина залегания n+-n-перехода 10 мкм, степень легирования n-базы донорной примесью 2.5 · 1013 см-3 (по данструктур.

ным работы [104]). b — временные зависимости тока ди Для силовых полупроводниковых диодов основным одной p+-n-n+-структуры (рис. 15, a) в процессе обратнопроцессом, ограничивающим максимальную частоту раго восстановления блокирующей способности p+-n-перехода:

боты прибора, является процесс восстановления блоки1 — необлученная исходная p+-n-n+-структура; 2 — струкрующих свойств высоковольтного p+-n-перехода при тура, облученная протонами с энергией 3.3 МэВ со стороны переключении из проводящего состояния. Обычно этот n+-слоя; 3 — структура, облученная электронами с энергией процесс характеризуется временем и зарядом обратного 1МэВ; 4 — структура, облученная протонами с энергией восстановления — trr и Qrr соответственно (рис. 15).

3.3 МэВ со стороны p+-слоя.

Для большинства практических применений диодов необходимо также, чтобы длительность фазы высокой обратной проводимости диода ts составляла меньшую часть в общей длительности обратного восстановления этом, по сравнению с электронным облучением, локаль(ts/trr < 0.5), т.

е. процесс восстановления имел бы ное легирование радиационными дефектами прианодной ”мягкий” характер (рис. 15). Исследование различ- области n-базы диодов позволило достичь существенноных режимов облучения силовых диодов легкими ио- го улучшения частотных характеристик приборов при нами [87,89,104–106] показало, что наилучшее соотно- относительно малом увеличении потерь мощности в шение между параметрами выключения и потерями в проводящем состоянии. Так, переключение из проводяпроводящем состоянии обеспечивает режим, при кото- щего состояния в блокирующее при одинаковом уровне ром пик концентрации радиационных дефектов располо- потерь мощности в проводящем состоянии 300 Вт/смжен в n-базе диода вблизи анодного p-n-перехода. При происходило за время trr = 1.4 мкс для диодов, облуФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 790 В.А. Козлов, В.В. Козловский ченных протонами, и за время trr = 4мкс для образ- позволило авторам работ [112,113] получить уникальное цов, облученных электронами с энергией 1 МэВ [105]. сочетание статических и частотных характеристик тириДальнейшее уменьшение trr путем увеличения дозы об- сторов: после облучения приборы с рабочей площадью лучения электронами приводит к резкому росту стати- полупроводниковой структуры 20 см2, блокирующие наческих потерь мощности в проводящем состоянии, и пряжение 2 кВ при токе утечки катодного перехода уже при trr 2.5 мкс они превышают уровень 600 Вт, < 10 мА (T = 125C), имели остаточное падение тогда как при протонном облучении их величина оста- напряжения в проводящем состоянии Uf 4В при ется 300 Вт. Типичный характер изменения величины амплитуде тока If = 25 · 103 A и выключались за время прямых падений напряжения на диодных структурах в tq 7-8мкс в режиме с dIf /dt = -3кА/мкс.

проводящем состоянии (для плотности тока 200 А/см2) Легирование радиационными дефектами базовых слопри уменьшении времени их обратного восстановления ев диодных и тиристорных структур при облучении при протонном и электронном облучении иллюстриру- протонами или -частицами приводит к заметному ет рис. 15, a. Создание зоны повышенной рекомбинации увеличению термогенерационного тока высоковольтных в n-базе диода у высоковольтного p-n-перехода путем p-n-переходов в блокирующем состоянии [87,110]. Приоблучения протонами приводит также к более мягкому чиной этого увеличения являются образующиеся при характеру восстановления блокирующих свойств p-n- облучении дивакансии, акцепторный уровень которых перехода диодов и уменьшению отношения ts/trr. Такой E3 вблизи середины запрещенной зоны кремния дохарактер изменения характеристик диодов при создании минирует в процессе термогенерации носителей через зоны повышенной рекомбинации у p-n-перехода в n-базе уровни радиационных дефектов [87]. Для устранения диода вполне объясним, так как именно заряд нерав- влияния радиационного воздействия на характеристики новесных носителей заряда в этой области структуры обратно смещенных высоковольных p-n-переходов авоказывает решающее влияние на величину trr и Qrr, а так- торы [109] предложили облучать тиристорные структуры же длительность фазы высокой обратной проводимости таким образом, чтобы вводимые радиационные дефекты ts [105,106]. Локальное легирование n-базы диода радиа- не попадали в область слоя объемного заряда этих ционными дефектами вблизи n+-эмиттера слабо влияет p-n-переходов в блокирующем состоянии, а максимум на величины Qrr и ts (особенно при имплантации легких концентрации радиационных дефектов располагался в ионов со стороны n+-слоя), однако приводит к более базовом p-слое. В этом случае, однако, эффективность резкому характеру обрыва обратного тока при восста- влияния слоя повышенной рекомбинации на ускорение новлении блокирующих свойств p-n-перехода [105,106]. процесса выключения приборов существенно ослаблеПоэтому имплантация легких ионов в прикатодную на [110]. Поэтому в работах [110,111] было предложено область n-базы может быть успешно использована для после локального легирования n-базы структур радиаоптимизации другого класса силовых диодов — диодов с ционными дефектами проводить постимплантационный резким восстановлением [106,107] и диодов с обратным термический отжиг при температуре 300C. Такой отпорядком восстановления [108], для которых необходимо жиг обеспечивает устранение менее стабильных диваканиметь высокие значения Qrr и ts при отношении ts/trr, сий при сохранении A-центров, являющихся основными близком к единице. рекомбинационными центрами в облученных протонами Статические и динамические характеристики силовых или -частицами приборах.

Отжиг дивакансий позволяет кремниевых тиристоров, облученных протонами, иссле- существенно снизить термогенерационный ток приборов дованы авторами работ [106,109–113]. Для приборов в блокирующем состоянии при сохранении их частотных этого типа оптимальным местом расположения слоя характеристик на уровне, достигнутом после облучения.

повышенной рекомбинации является часть n-базы, при- Запираемые тиристоры и мощные биполярные транзилегающая к высоковольтному катодному p-n-переходу, сторы ключевого типа являются приборами, процесс выблокирующему напряжение прямой полярности. При ключения которых отличается от рассмотренного выше.

этом облучение тиристорных структур целесообразно Дело в том, что при выключении этих приборов рассасыпроводить со стороны анодного p+-эмиттера. В этом вание электронно-дырочной плазмы в n-базе структуры случае исключается радиационное повреждение p-базы вблизи катодного p-n-перехода и восстановление его тиристорной структуры, которое обычно ведет к срав- блокирующей способности осуществляются преимущенительно быстрому увеличению тока управления и ста- ственно не за счет рекомбинации неравновесных нотических потерь мощности как в проводящем, так и в сителей заряда, а путем их выведения (экстракции) блокирующем состояниях прибора. В то же время созда- через электрод управления во внешнюю цепь. Поэтому ние радиационных дефектов вдоль всей толщины n-базы предельные частотные характеристики запираемых тирис максимумом концентрации радиационных дефектов сторов и мощных биполярных транзисторов ограничеу катодного p-n-перехода обеспечивает эффективное ны, как правило, не временем их выключения, которое уменьшение времени рассасывания заряда неравновес- может быть достаточно малым при соответствующем ных носителей в этом слое, а именно длительность управляющем воздействии, а величиной коммутационпроцесса рассасывания заряда в n-базе вносит основной ных потерь энергии при выключении. Основная доля вклад в величину времени выключения тиристора tq. этих потерь при выключении приборов обусловлена проИспользование такого режима протонного облучения теканием тока рассасывания неравновесных носителей Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Легирование полупроводников радиационными дефектами при облучении протонами и -частицами заряда, накопленных в проводящем состоянии в дальней 5. Заключение от высоковольтного катодного p-n-перехода области n-базы структуры. Поэтому для улучшения частотных Анализ имеющихся на сегодняшний день основных характеристик таких приборов локальное легирование направлений модифицирования полупроводников пучрадиационными дефектами проводят именно в этой части ками легких ионов (табл. 1), проведенный в пребазового n-слоя. Более детальное рассмотрение вопросов дыдущих [11,12] и настоящем обзорах, показывает, оптимизации характеристик запираемых тиристоров и что по сравнению с традиционными методами лебиполярных транзисторов путем протонного облучения гирования — диффузионным, эпитаксиальным, ионнопредставлено в работах [114–117]. Следует отметить, имплантационным — легирование кристаллов радиачто по аналогии с биполярными транзисторами ло- ционными дефектами открывает новые возможности кальное легирование радиационными дефектами может управления свойствами полупроводниковых материалов быть успешно использовано и для улучшения частот- и характеристиками приборов на их основе. Общей ных характеристик сравнительно новых классов силовых особенностью всех анализируемых методов модифициприборов — биполярных транзисторов с изолированным рования является их локальность. Глубина модифицизатвором (IGBT) и тиристоров с полевым управлением рованного слоя определяется энергией протонов и их (MCT и FCT). тормозными потерями в полупроводнике и реально моТаким образом, пучки легких ионов H+ иHe++ приме- жет регулироваться от десятков нанометров до сотен няются в технологии кремниевых приборов преимуще- микрометров. Помимо локальности, модифицирование полупроводников пучками протонов и -частиц обладает ственно для локального регулирования времени жизни неравновесных носителей заряда и практически не ис- также следующими достоинствами, типичными для всех радиационных технологий:

пользуются для целенаправленного изменения удельного сопротивления полупроводника. Касаясь возможности - универсальность в отношении различных материалов;

создания в кремнии скрытых ”изолирующих” дефектных - простота и сравнительно малая стоимость радиационных процессов в сочетании с высокой точностью, слоев путем имплантации больших доз легких ионов для формирования структур типа ”кремний на изоли- производительностью и воспроизводимостью;

рующем дефектном слое” [118], следует отметить, что - совместимость с другими технологическими процессами изготовления полупроводниковых материалов и подобная технология базируется в большей степени на приборов.

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.