一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET器件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功率器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiCJFET功率器件。
【背景技術(shù)】
[0002]在眾多的SiC功率器件中，SiC JFET器件由pn結(jié)柵控制，溝道在體區(qū)，具有較高的溝道迀移率，并且沒有柵氧化層造成的可靠性問題，因而被認(rèn)為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ母邷亻_關(guān)器件。不久的將來，混合動力汽車和電動飛機(jī)在市場上所占據(jù)的份額將越來越大，而這都需要能夠在300°C以上溫度下可靠工作的半導(dǎo)體功率器件，因此，基于SiC的功率器件，尤其是SiC JFET器件將大有用武之地。
[0003]然而，SiC JFET在實(shí)際電路中應(yīng)用時，自熱效應(yīng)會使器件內(nèi)部溫度(結(jié)溫)升高，性能發(fā)生退化，尤其在高溫環(huán)境下，退化將更加顯著，當(dāng)器件內(nèi)部溫度達(dá)到一定程度就極有可能導(dǎo)致器件發(fā)生熱失效。研究發(fā)現(xiàn)，器件在工作時，高溫區(qū)域主要分布在器件溝道區(qū)。由于這部分高溫區(qū)域非?？拷糜谛纬蓶哦撕驮炊说慕饘匐姌O，其熔點(diǎn)可能比SiC本征溫度低的多，所以盡量降低該區(qū)域的溫度對金屬電極的穩(wěn)定性至關(guān)重要。同時，大量文獻(xiàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，器件熱失效的主要原因是Al金屬的融化，因?yàn)镻型SiC的歐姆接觸通常采用Al/Ti金屬材料。
[0004]SiC材料的本征溫度大于800°C，大量文獻(xiàn)表明，基于SiC的功率器件有潛力應(yīng)用在600°C甚至更高的環(huán)境溫度下，而目前商品化的SiC JFET功率器件，其工作溫度一般不超過250°C，遠(yuǎn)沒有達(dá)到SiC材料的溫度應(yīng)用潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET功率器件，一方面具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電特性，另一方面可以有效的改善散熱，降低器件結(jié)溫，使器件在高溫下仍然可以穩(wěn)定可靠的工作。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET器件，包括N+襯底、N漂移區(qū)、N溝道區(qū)、P+柵區(qū)、N+源區(qū)、由第一碳基材料層與第一金屬層、第二金屬層復(fù)合構(gòu)成的源電極、由第三碳基材料層與第三金屬層、第四金屬層復(fù)合構(gòu)成的漏電極、由第二碳基材料層與第五金屬層、第六金屬層復(fù)合構(gòu)成的柵電極。
[0008]其中，N漂移區(qū)的厚度為9.5 μπι，寬度為7 μπι，摻雜濃度為6.5X10 15cm3;N溝道區(qū)的深度為2.1 μπι，寬度為1.6 μπι，摻雜濃度為6.5X1015cm3；P +柵區(qū)摻雜濃度為I X 118Cm 3；N +襯底摻雜濃度為6X10 18cm 3；N +源區(qū)摻雜濃度為2X10 18cm 3。
[0009]其中，所述的第一碳基材料層、第二碳基材料層和第三碳基材料層為石墨薄膜或其他具有良好導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的碳基材料。
[0010]其中，所述的第一金屬層和第四金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Nb、W和Cr中的一種；所述的第二金屬層和第三金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co和Nb中的一種；所述的第五金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Ta和Pd中的一種；所述的第六金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Ta 和 Pd 中的一種。
[0011]其中，所述的第一金屬層和第四金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Nb、W和Cr中的兩種或幾種制備而成的合金；所述的第二金屬層和第三金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co和Nb中的兩種或幾種制備而成的合金；所述的第五金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Ta和Pd中的兩種或幾種制備而成的合金；所述的第六金屬層的材料為N1、T1、Mo、Co、Ta和Pd中的兩種或幾種制備而成的合金。
[0012]其中，所述的第一碳基材料層、第二碳基材料層和第三碳基材料層的厚度均為10-20nm ;所述的第一金屬層、第二金屬層、第五金屬層、第六金屬層、第三金屬層和第四金屬層厚度均為50-80nm。
[0013]其中，所述的第一碳基材料層、第二碳基材料層和第三碳基材料層中間設(shè)有貫穿的孔洞，使第一金屬層、第五金屬層和第四金屬層能夠穿過第一碳基材料層、第二碳基材料層和第三碳基材料層與第二金屬層、第六金屬層和第三金屬層相連，形成整體的復(fù)合電極。
[0014]其中，所述的第一碳基材料層、第二碳基材料層和第三碳基材料層中間的孔洞通過光刻形成，孔洞的數(shù)目和形狀可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行設(shè)定。
[0015]其中，所述的第二金屬層、第六金屬層和第三金屬層與N+源區(qū)、P+柵區(qū)和N+襯底分別形成歐姆接觸。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]I)利用石墨烯優(yōu)良的熱穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和導(dǎo)熱特性，極大的降低了器件結(jié)溫，提高了 SiC JFET功率器件在高溫環(huán)境下工作的熱可靠性。
[0018]2) 一方面石墨烯具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電特性，在高溫下依然保持穩(wěn)定，另一方面石墨烯的優(yōu)良的導(dǎo)熱性能夠有效的改善器件的散熱情況，從而降低器件結(jié)溫，使器件在高溫環(huán)境下仍然可以穩(wěn)定可靠的工作。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明實(shí)施例一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET器件的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET器件的石墨層的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]如圖1-2所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種基于碳基復(fù)合電極的高溫SiC JFET器件，包括N+襯底11、N漂移區(qū)10、N溝道區(qū)5、P +柵區(qū)9、N +源區(qū)4、由第一碳基材料層2與第一金屬層1、第二金屬層3復(fù)合構(gòu)成的源電極、由第三碳基材料層13與第三金屬層12、第四金屬層14復(fù)合構(gòu)成的漏電極、由第二碳基材料層7與第五金屬層6、第六金屬層8復(fù)合構(gòu)成的柵電極，N漂移區(qū)10的厚度為9.5 μ m，寬度為7 μ m，摻雜濃度為6.5 X 10 15cm 3;N溝道區(qū)5的深度為2.1 μπι，寬度為1.6 μ m，摻雜濃度為6.5 X 1015cm 3；P +柵區(qū)9摻雜濃度為I X 118Cm 3；N +襯底11摻雜濃度為6X10 18cm 3；N +源區(qū)4摻雜濃度為2X10 18cm 3。
[0023]所述的第一碳基材料層2、第二碳基材料層7和第三碳基材料層13為石墨薄膜或其他具有導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的碳基材料。
[0024]所述的第一金屬層I和第四金屬層14的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Nb、W和Cr中的一種；所述的第二金屬層3和第三金屬層12的材料為N1、T1、Mo、Co和Nb中的一種；所述的第五金屬層6的材料為N1、T1、Mo、Co、Pt、Ta和Pd中的一種；所述的第六金屬層8的材料為N1、T1、Mo、Co