СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЕЛИЧИНЫ ЗАРЯДА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ С ЗАДАННОЙ ТОЧНОСТЬЮ Российский патент 1998 года по МПК H01L21/263 

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники и может быть использовано при изготовлении тиристоров и диодов.

Известны способы, например [1], регулирования заряда обратного восстановления (Q_rr) или времени обратного восстановления (t_rr) у полупроводниковых приборов путем проведения диффузии золота (Au) в базовые области полупроводниковой структуры.

Недостатком этого способа и аналогичных ему является то, что режим диффузии Au устанавливается единым для всех полупроводниковых структур партии без учета исходных значений Q_rr у полупроводниковых структур до проведения диффузии. Поэтому полупроводниковые приборы, изготовленные с использованием этого способа, характеризуются большими различиями в величине Q_rr и t_rr, что ограничивает возможность их использования при последовательном и параллельном соединении.

Известен способ [2] уменьшения разброса заряда обратного восстановления для мощных диодов и тиристоров, в котором для достижения соотношения:
Q₃-ΔQ≤Q_фi≤Q₃+ΔQ (I) ,
где
Q₃ - требуемое значение Q_rr для полупроводникового прибора;
Q_фi - фактически измеренное значение Q_rr у i-го полупроводникового прибора;
ΔQ - величина допустимого отклонения Q_фi от Q₃,
проводят облучение партии выпрямительных элементов, на которых предварительно измерены значения Q_rr (Q_oi) и для данного типа полупроводниковых приборов и режима облучения установлена зависимость (F) изменения величины заряда обратного восстановления (Q_rr) как функции от дозы облучения (φ) , потоком быстрых электронов, γ -квантов или протонов, при котором дозу облучения для i-го выпрямительного элемента (φ_1i) устанавливают исходя из зависимости F соответственно разнице между Q_0i и Q₃.

Недостатком данного способа является то, что функция F для разных выпрямительных элементов может существенно различаться, поэтому, хотя для каждого i-го выпрямительного элемента известно желаемое изменение заряда обратного восстановления (Q₃ - Q_0i), фактические значения Q_rr после облучения (Q_1i) у многих полупроводниковых приборов на недопустимую величину (более чем на ΔQ) отличаются от Q₃. Это обусловлено тем, что изготовленные полупроводниковые структуры из-за неполной воспроизводимости технологического процесса характеризуются несколько отличными друг от друга геометрическими и электрофизическими параметрами. Поэтому процент выхода полупроводниковых приборов, изготовленных по способу [2], удовлетворяющих условию (1), остается низким.

Задача изобретения - устранение перечисленных выше недостатков, а именно повышение процента выхода полупроводниковых приборов с заданной точностью величины заряда обратного восстановления. Предлагается способ регулирования величины заряда обратного восстановления полупроводниковых приборов с заданной точностью, определяемой соотношением:
Q₃-ΔQ≤Q_фi≤Q₃+ΔQ (I)
путем облучения партии их выпрямительных элементов, на которых предварительно измерены значения Q_rr (Q_0i) и для данного типа полупроводниковых приборов и режима облучения установлена зависимость (F) изменения величины заряда обратного восстановления (Q_rr) как функции от дозы облучения (φ) , потоком быстрых электронов, γ -квантов или протонов, при котором дозу облучения для i-го выпрямительного элемента (φ_1i) устанавливают исходя из зависимости F, соответственно разнице между Q_0i и Q₃, после облучения у всех выпрямительных элементов измеряют Q_rr и для каждого i-го выпрямительного элемента, не удовлетворяющего условию (1), устанавливают свою зависимость F_i изменения Q_rr от φ , после чего проводят повторное облучение, дозу которого (φ_2i) для i-го выпрямительного элемента устанавливают исходя из F_i соответственно разнице между Q_1i и Q₃.

Отработка предлагаемого способа проводилась на партии выпрямительных элементов быстровосстанавливающихся диодов типа Д143-500, выпрямительные элементы диаметром 40 мм в количестве 30 штук. Полупроводниковые структуры изготавливались из кремния марки КОФ-44-80 и имели толщину 400 мкм. Изготовление проводилось на АО "Электровыпрямитель" по серийному технологическому процессу. Для данных полупроводниковых приборов значение Q₃ составляло 125 МкКл, а ΔQ₃ - 15 МкКл. Измерение Q_rr проводилось при T_j = 170^oC, I_F = 500 А, di_F/dt = 100 А/мкс. Значения Q_0i, измеренные у выпрямительных элементов партии до облучения, приведены в табл. 1, столбец 2.

Заряд обратного восстановления у полупроводниковых приборов для широкого диапазона значений времени жизни неравновесных носителей заряда в базовой области τ с хорошей точностью можно считать прямопропорциональным τ . Поскольку в процессе электронного облучения остальные геометрические и электрофизические параметры полупроводниковых структур изменяются несущественно, можно считать, что зависимость (F) изменения Q_rr как функции от φ аналогична зависимости изменения τ как функции φ . Поэтому при расчете дозы облучения для i-го выпрямительного элемента использовалось нижеприведенное соотношение (2), которое аналогично соотношению, использовавшемуся в [3] при описании изменения τ в процессе электронного облучения

где
K_Q - максимальное значение коэффициента деградации для диодов данного типа при заданном режиме облучения. Значение K_Q определялось заранее на других выпрямительных элементах диодов этого же типа. Облучение выпрямительных элементов проводилось на линейном ускорителе электронов "Электроника У-003". Максимальная плотность потока на облучаемой мишени была 4 • 10^-8 А/см², при этом энергия электронов составляла 7 МЭВ. Распределение плотности потока электронов (j) по мишени для выпрямительных элементов диаметром 40 мм приведено в табл. 2. Результаты облучения выпрямительных элементов приведены в табл. 1 в столбцах 3 - 8.

Из полученных результатов следует, что только 6 выпрямительных элементов (20% от общего числа облученных выпрямительных элементов) удовлетворяют условию (1).

После облучения на каждом выпрямительном элементе измерялось значение Q_rr (Q_1i) и для каждого i-го выпрямительного элемента вычислялось свое значение коэффициента деградации из соотношения (2).

,
Место расположения выпрямительного элемента на облучаемой мишени (n стр. - номер строки, n ст. - номер столбца), реальное время облучения (T_{обл.реал.}) и приведенное с учетом распределения j (T_{обл.прив.}), значения Q_1i и K_Qi для исследовавшихся выпрямительных элементов приведены в табл. 1.

Выпрямительные элементы, не удовлетворяющие условию (1), подвергались повторному облучению, доза которого для i-го выпрямительного элемента (φ_2i) выбиралась из соотношения

После повторного облучения на всех выпрямительных элементах измерялись значения Q (Q_2i). Результаты облучения и измерений представлены в табл. 1 (столбцы 9 - 13).

Из полученных результатов следует, что практически все выпрямительные элементы (29 штук - 97% от общего числа) после повторного облучения удовлетворяют условию (1), что свидетельствует о высокой эффективности предлагаемого способа.

Источники информации
1. Патент США N 3445735, кл. 357-38, заявлен RCA 07.12.64, N 416521, опубл. 20.05.69.

2. Патент США N 4075037, кл. 148/1,5, 148/33, 5, 148/187, заявлен WEC 17.05.76, N 678278, опубл. 21.02.78.

3. Патент США N 3933527, кл. 148/1,5, 29/578, 148/186, 357/91, заявлен WEC 09.03.73, опубл. 20.01.76.

Использование: изобретение относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использовано при изготовлении тиристоров и диодов. Сущность изобретения: способ включает регулирование величины заряда обратного восстановления Q_r r, определяемой соотношением Q₃-ΔQ≤Q_фi≤Q₃+ΔQ , где Q_з - требуемое значение Q_r r для полупроводниковых приборов, Q_ф i - фактически измеренное значение Q_r r у i-го полупроводникового прибора, ΔQ - величина допустимого отклонения Q_ф i от Q_з путем облучения партии выпрямительных элементов, на которых предварительно измерены значения Q_r r (Q_0 i) и для данного типа полупроводниковых приборов и режима облучения установлена зависимость (F) изменения Q_r r как функции от дозы облучения (φ) потоком быстрых электронов, при котором дозу облучения для i-го выпрямительного элемента устанавливают исходя из зависимости F, соответственно разнице между Q_0 i и Q_з, и у каждого i-го выпрямительного элемента, неудовлетворяющего условию (I), после облучения измеряют Q_r r (Q_1 i) и для него устанавливают свою зависимость F_i изменения Q_r r от φ , после чего проводят повторное облучение, дозу которого φ_2i для i-го выпрямительного элемента устанавливают исходя из F_i соответственно разнице между Q_1 i и Q_з. 2 табл.

Способ регулирования величины заряда обратного восстановления Q_r r полупроводниковых приборов с заданной точностью путем облучения партии их выпрямительных элементов, на которых предварительно измерены значения Q_r r и для данного типа полупроводниковых приборов и режима облучения установлена зависимость F изменения Q_r r как функции от дозы облучения ΔΦ потоком быстрых электронов, при котором дозу облучения для i-го выпрямительного элемента устанавливают из зависимости F, соответственно разнице между значением величины заряда обратного восстановления до облучения i-го выпрямительного элемента и требуемым значением величины заряда обратного восстановления, отличающийся тем, что у каждого i-го выпрямительного элемента, неудовлетворяющего условию
Q_з - ΔQ ≤ Q_фi ≤ Q_з + ΔQ ,
где Q_з - требуемое значение Q_r r для полупроводниковых приборов;
Q_ф i - фактически измеренное значение Q_r r у i-го полупроводникового прибора;
ΔQ - величина допустимого отклонения Q_ф i от Q_з,
после облучения измеряют значение Q_r r, для него устанавливают свою зависимость F_i изменения Q_r r от Φ, после чего проводят повторное облучение, дозу которого Φ_2i для i-го выпрямительного элемента устанавливают из F_i соответственно разнице величины заряда обратного восстановления после первого облучения и требуемого значения величины заряда обратного восстановления.