本技術涉及輻照改性領域。主要應用于使用電子輻照控制pn結中缺陷能級參數(shù)。

背景技術：

隨著功率開關器件工作頻率不斷提高，對與之并聯(lián)的的快恢復二極管的開關速度和綜合性能的要求也在不斷提高。電子輻照改性技術因其具有一致性好、工藝簡單、成本低等優(yōu)點已代替摻金、摻鉑工藝成為常用器件性能優(yōu)化技術之一。對二極管的性能優(yōu)化主要目標是使用不同的壽命控制技術，通過在禁帶中引入缺陷能級作為復合中心，從而降低少數(shù)載流子壽命，提高開關速度，同時需要保證其他性能的退化程度不影響使用要求，得到良好的折中關系。

目前對電子輻照改性二極管的方法主要集中于使用同一輻照能量，改變不同的輻照時間，即輻照注量關系，配合不同的退火溫度，測試器件的少子壽命及電學性能變化關系。但實際影響被輻照器件性能的關鍵在于pn結中引入缺陷能級的位置和濃度等參數(shù)，缺陷能級位置越靠近禁帶中央，缺陷濃度越高，復合作用越明顯，器件的少子壽命越低，但其他性能退化越嚴重。如果可以對缺陷能級實現(xiàn)精確控制，則可以按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件的各項性能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明技術的目的提供一種基于電子輻照控制pn結缺陷能級的方法，可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級位置、濃度等參數(shù)，重復性好，在進行前期測試后可以進行批量加工，實現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項性能的目標。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為一種基于電子輻照控制pn結缺陷能級的方法，該方法的步驟為：

(1)一次加工前的摸底實驗，根據(jù)輻照條件對器件進行分組；

(2)按照輻照條件對器件進行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；

(3)在常溫常壓下儲存器件以保證性能達到穩(wěn)定；

(4)測試dlts神能級瞬態(tài)譜，確定缺陷能級位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；

(5)測試電學特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關特性；

(6)進行批量加工生產(chǎn)。

采用2.0及5.0mev電子加速器，電子束流強度為0.1ma，電流不穩(wěn)定度<±2％，不均勻度<±5％，輻照注量為5.5×10¹³、1.7×10¹⁴和3.3×10¹⁴e/cm^-2。

輻照環(huán)境為常溫、常壓，輻照方向為垂直于樣品負極方向，輻照過程中增加風、水冷系統(tǒng)以保證樣品表面溫度不會超過50℃。

改變輻照能量、注量條件控制缺陷能級位置及濃度，進而控制電學特性參數(shù)。

本發(fā)明利用電子輻照能量需要達到一定位移閾值才可以在半導體材料中引入缺陷能級的特點控制缺陷能級的數(shù)量。同時，電子輻照過程中電子束與晶格原子進行能量交換時引發(fā)的晶格振動，可以作為短時退火過程，降低不穩(wěn)定的淺位置缺陷能級的濃度。

本發(fā)明采用的方法通過控制電子輻照能量的高低，控制深淺位置能級的個數(shù)；通過控制電子輻照注量的大小，控制缺陷濃度的高低。

本發(fā)明采用的方法通過電子輻照條件控制缺陷能級的參數(shù)，進而控制器件電學性能，達到按照生產(chǎn)需要定向優(yōu)化器件性能的目的。

附圖說明

圖1是本發(fā)明方法的流程示意圖

圖2是dlts測試結果圖，其中(a)為電子輻照能量2.0mev條件下的少能級譜；(b)為電子輻照能量5.0mev條件下的少子能級譜；(c)為電子輻照能量2.0mev條件下的多子能級譜；(d)為電子輻照能量為5.0mev條件下的多子能級譜。

具體實施方式

實施例1本發(fā)明基于電子輻照控制pn結缺陷能級的方法包括以下步驟：

(1)對需要進行性能優(yōu)化的1n4007型n-si整流二極管進行輻照前分組。根據(jù)兩種輻照能量2.0、5.0mev和3種輻照注量5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2(即輻照時間30、90、180s)條件分為6組，另設有1組未輻照對比組，共計7組，每組包含3個器件。

(2)分別使用2.0和5.0mev的直線電子加速器對被測器件進行電子輻照，輻照注量分別為5.5×10¹³、1.7×10¹⁴、3.3×10¹⁴e/cm^-2，即輻照時間分別為30、90、180s。

(3)使用的電子加速器電子束流強度為0.1ma，電流不穩(wěn)定度<±2％，不均勻度<±5％。

(4)輻照環(huán)境為常溫、常壓，輻照方向為垂直于樣品負極方向，輻照過程中增加風、水冷系統(tǒng)以保證樣品表面溫度不會超過50℃。

(5)輻照后將器件在常溫、常壓條件下儲存120h后再進行參數(shù)測試，以降低可能存在的退火效應對器件性能的影響。

(6)對各組輻照器件進行神能級瞬態(tài)譜(dlts)測試，計算各譜峰位置、相對濃度及俘獲截面，結果如圖2所示。在低輻照能量時，提高輻照注量可以提高缺陷濃度；在高輻照能量時，提高輻照注量可以明顯提高深能級缺陷濃度，并使不穩(wěn)定的淺能級缺陷退火消失。

(7)對各組輻照器件進行電學參數(shù)測試，測試的電學參數(shù)包括正向壓降、反向漏電流、反向擊穿電壓及反向恢復時間。測試條件為：正向電流為1a時測試正向壓降；反向電壓為40v時測試反向漏電流；反向電流為300μa時測試反向擊穿電壓；正向電流100ma，反向電流10ma時測試反向恢復時間。

(8)按照生產(chǎn)需求篩選輻照條件，進行批量生產(chǎn)。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明公開了一種基于電子輻照控制PN結缺陷能級的方法，其步驟為：(1)一次加工前的摸底實驗，根據(jù)輻照條件對器件進行分組；(2)按照輻照條件對器件進行輻照加工，固定輻照方向、輻照環(huán)境及冷卻系統(tǒng)；(3)在常溫常壓下儲存器件以保證性能達到穩(wěn)定；(4)測試DLTS深能級瞬態(tài)譜，確定缺陷能級位置、濃度及俘獲截面參數(shù)；(5)測試電學特性參數(shù)，包括正向特性、反向特性及開關特性；(6)進行批量加工生產(chǎn)。本發(fā)明可以通過改變電子輻照條件控制缺陷能級位置、濃度等參數(shù)，重復性好，在進行前期測試后可以進行批量加工，實現(xiàn)按照生產(chǎn)需求定向優(yōu)化器件各項性能的目標。

技術研發(fā)人員：郭春生;王若旻;馮士維
受保護的技術使用者：北京工業(yè)大學
技術研發(fā)日：2017.01.22
技術公布日：2017.07.04