ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЙ ДИОД ШОТТКИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК H01L29/872 

Изобретение относится к области электронной техники, в частности к конструированию и технологии изготовления выпрямительных полупроводниковых диодов с барьером Шоттки, и может быть использовано в электронной промышленности.

Известен аналог изобретения кремниевый выпрямительный диод с плоским барьером Шоттки (В.И.Стриха и др. "Полупроводниковые приборы с барьером Шоттки" М. , Сов. Радио, 1974 г.), в котором в кремниевом кристалле используют формирование расширенного металлического контакта из золота или введение в структуру кристалла охранного кольца в виде дополнительного p-n-перехода, подключенного к барьеру Шоттки параллельно.

Недостатком указанного диода плоской структуры является наличие сильного электрического поля вблизи краев области объемного заряда, т.е. проявление так называемого краевого эффекта.

Наиболее близким аналогом (прототипом) для всех вариантов изобретения является серийный выпрямительный диод Шоттки плоской структуры, содержащий омический контакт, кремниевую n⁺ типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт (Справочник "Полупроводниковые приборы: диоды выпрямительные, стабилитроны, тиристоры", под общей редакцией А.В.Голомедова, М., Сов. Радио и связь, 1989, с. 147).

Этому диоду присущи следующие недостатки: большая величина обратного тока, а также в силу плоской планарно-эпитаксиальной структуры кремниевого диода с барьером Шоттки принципиальная невозможность полного исключения краевого эффекта, приводящего к снижению напряжения пробоя.

Задачей, на решение которой направлено изобретение по первому варианту, является производство выпрямительных устройств с использованием полупроводниковых диодов с цилиндрическим барьером Шоттки, обладающих более высокими показателями надежности при номинальных значениях рабочих токов.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении первого варианта изобретения, являются исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров выпрямительных диодов с барьером Шоттки.

Выпрямительный диод Шоттки по первому варианту изобретения содержит омический контакт, кремниевую n⁺ типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт.

Отличие диода состоит в том, что омический контакт выполнен в виде монокристаллического цилиндра из металла с объемно-центированной или гранецентрированной решеткой с гранями (111) или (100) и температурой плавления выше температуры плавления кремния, на внешней поверхности которого выращена кремниевая подложка n⁺ типа цилиндрической формы, на внешней поверхности которой сформирован активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки.

В конкретных формах по первому варианту изобретения омический контакт выполнен из молибдена, или вольфрама, или ванадия и им родственных металлов, а цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или платины, или алюминия и других металлов.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении второго варианта изобретения, являются исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров выпрямительных диодов с барьером Шоттки.

Выпрямительный диод Шоттки по второму варианту изобретения содержит омический контакт, кремниевую n⁺ типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт.

Отличие диода состоит в том, что кремниевая n⁺ типа подложка выращена в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован омический контакт, выполненный в виде полого цилиндра, состоящего из двух слоев, выполненных из разных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки, а на внешней поверхности подложки выращен активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки.

В конкретных формах по второму варианту изобретения слои омического контакта выполнены из алюминия, или молибдена, или вольфрама, или никеля, а цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или меди, или платины и других металлов.

Техническими результатами, которые могут быть получены при осуществлении третьего варианта изобретения, являются исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров выпрямительных диодов с барьером Шоттки.

Выпрямительный диод Шоттки по третьему варианту изобретения содержит омический контакт, кремниевую n⁺ типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт.

Отличие диода состоит в том, что кремниевая подложка n⁺ типа выращена в виде сплошного цилиндра заданной длины, на внешней поверхности которой выращен активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки, а омический контакт сформирован на торцах кремниевой подложки в виде двух слоев, выполненных из разных металлов, причем удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки.

В конкретных формах по третьему варианту изобретения слои омического контакта выполнены из алюминия, или молибдена, или вольфрама, или никеля, а цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или меди, или платины и других металлов.

Изобретение поясняется чертежом, где изображено: на фиг. 1 пример конструкции диода по первому варианту изобретения, на фиг.2 пример конструкции диода по второму варианту изобретения, на фиг. 3 пример конструкции диода по третьему варианту изобретения.

Выпрямительный диод Шоттки по первому варианту изобретения (фиг. 1) содержит следующие конструктивные элементы: омический контакт 1 в виде монокристаллического цилиндра из металла с объемно-центрированной или гранецентрированной решеткой с гранями (111) или (100) и температурой плавления выше температуры плавления кремния. Омический контакт может быть выполнен из алюминия, молибдена, вольфрама, никеля. На внешней поверхности омического контакта 1 выращена кремниевая подложка 2 n⁺ типа цилиндрической формы. На внешней поверхности подложки 2 сформирован активный кремниевый слой 3 n типа цилиндрической формы. Поверх слоя 3 нанесен многослойный металлический контакт 4 в виде двух цилиндрических слоев 5, 6 заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы. При этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя 6 металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя 5 металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. Цилиндрические слои 5 и 6 в многослойном металлическом контакте могут быть выполнены, например, из серебра, золота, меди, платины и других металлов.

Принцип действия выпрямительного диода Шоттки по первому варианту изобретения заключается в следующем. Напряжение прикладывается между контактами 1 и 4 диода как в прямом, так и в обратном направлениях. При приложении обратного напряжения в цилиндрическом активном слое 3 распределение электрического поля является однородным по радиусу. Тем самым исключается краевой эффект и уменьшаются токи утечки, что повышает характеристики стабильности диода. При включении диода в прямом направлении протекание электрического тока сопровождается снижением электротепловой деградации за счет однородного распределения плотности рабочего тока между цилиндрическими контактами.

Выпрямительный диод Шоттки по второму варианту изобретения (фиг. 2) содержит следующие конструктивные элементы: кремниевую n⁺ типа подложку 7, выращенную в виде полого цилиндра. На внутренней поверхности подложки сформирован омический контакт 8, выполненный в виде полого цилиндра, состоящего из двух слоев 9 и 10, выполненных из разных металлов, например алюминия, молибдена, вольфрама, никеля, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя 10 металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя 9 металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. На внешней поверхности подложки выращен активный кремниевый слой 11 n типа цилиндрической формы. Поверх него нанесен многослойный металлический контакт 12 в виде двух цилиндрических слоев 13, 14 заданной длины, выполненных из разных металлов, например серебра, золота, меди, платины и других, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы. Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя 13 металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя 14 металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки.

Принцип действия выпрямительного диода Шоттки по второму варианту изобретения заключается в следующем. Напряжение прикладывается между контактами 8 и 12 диода как в прямом, так и в обратном направлениях. При приложении обратного напряжения в цилиндрическом активном слое 11 распределение электрического поля является однородным по радиусу. Тем самым исключается краевой эффект и уменьшаются токи утечки, что повышает характеристики стабильности диода. При включении диода в прямом направлении протекание электрического тока сопровождается снижением электротепловой деградации за счет однородного распределения плотности рабочего тока между цилиндрическими контактами.

Использование диода с барьером Шоттки с цилиндрической полой подложкой 7 и с цилиндрическими контактами 8 и 12 позволяет осуществлять в процессе работы принудительное охлаждение выпрямительных устройств, что в большей степени снижает электротепловую деградацию и увеличивает номинальные значения рабочих токов в прямом направлении.

Выпрямительный диод Шоттки по третьему варианту изобретения (фиг. 3) содержит следующие конструктивные элементы: кремниевую подложку 15 n⁺ типа, выращенную в виде сплошного цилиндра заданной длины. На внешней поверхности подложки выращен активный кремниевый слой 16 n типа цилиндрической формы. Поверх слоя 16 нанесен многослойный металлический контакт 17 в виде двух цилиндрических слоев 18 и 19 заданной длины, выполненных из разных металлов, например серебра, золота, меди, платины и других, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы. Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя 19 металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя 18 металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. Омический контакт сформирован на торцах кремниевой подложки в виде двух слоев 20 и 21, выполненных из разных металлов, например алюминия, молибдена, вольфрама, никеля. Удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя 20 металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя 21 металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки.

Принцип действия выпрямительного диода Шоттки по третьему варианту изобретения заключается в следующем. Напряжение прикладывается между контактами 8 и 12 диода как в прямом, так и в обратном направлениях. При приложении обратного напряжения в цилиндрическом активном слое 11 распределение электрического поля является однородным по радиусу. Тем самым исключается краевой эффект и уменьшаются токи утечки, что повышает характеристики стабильности диода. При включении диода в прямом направлении протекание электрического тока сопровождается снижением электротепловой деградации за счет однородного распределения плотности рабочего тока между цилиндрическими контактами. При использовании диода со сплошной цилиндрической подложкой 15 упрощается технологический процесс и уменьшается стоимость диода.

Использование: в электронной промышленности. Сущность изобретения: первый вариант изобретения характеризуется тем, что в выпрямительном диоде Шоттки омический контакт выполнен в виде монокристаллического цилиндра из металла с объемно-центрированной или гранецентрированной решеткой с гранями (111) или (100) и температурой плавления выше температуры плавления кремния, на внешней поверхности которого выращена кремниевая подложка n⁺ типа цилиндрической формы, на внешней поверхности которой сформирован активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. Второй вариант изобретения характеризуется тем, что в выпрямительном диоде Шоттки кремниевая n⁺ типа подложка выращена в виде полого цилиндра. Третий вариант изобретения характеризуется тем, что в выпрямительном диоде Шоттки кремниевая подложка n⁺ типа выращена в виде сплошного цилиндра заданной длины. Технический результат: исключение краевого эффекта, увеличение напряжения пробоя, снижение уровня электротепловой деградации и повышение уровня стабильности электрических параметров выпрямительных диодов с барьером Шоттки. 3 с. и 6 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Выпрямительный диод Шоттки, содержащий омический контакт, кремниевую n⁺типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт, отличающийся тем, что омический контакт выполнен в виде монокристаллического цилиндра из металла с объемно-центрированной или гранецентрированной решеткой с гранями (111) или (100) и температурой плавления выше температуры плавления кремния, на внешней поверхности которого выращена кремниевая подложка n⁺типа цилиндрической формы, на внешней поверхности которой сформирован активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. 2. Диод по п. 1, отличающийся тем, что омический контакт выполнен из молибдена, или вольфрама, или ванадия и родственных им металлов. 3. Диод по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или платины, или алюминия и других металлов. 4. Выпрямительный диод Шоттки, содержащий омический контакт, кремниевую n⁺типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт, отличающийся тем, что кремниевая n⁺типа подложка выращена в виде полого цилиндра, на внутренней поверхности которого сформирован омический контакт, выполненный в виде полого цилиндра, состоящего из двух слоев, выполненных из разных металлов, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки, а на внешней поверхности подложки выращен активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. 5. Диод по п.4, отличающийся тем, что слои омического контакта выполнены из алюминия, или молибдена, или вольфрама, или никеля. 6. Диод по п.4, отличающийся тем, что цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или меди, или платины и других металлов. 7. Выпрямительный диод Шоттки, содержащий омический контакт, кремниевую n⁺типа подложку, активный кремниевый n типа слой и многослойный металлический контакт, отличающийся тем, что кремниевая n⁺типа подложка выращена в виде сплошного цилиндра заданной длины, на внешней поверхности которой выращен активный кремниевый слой n типа цилиндрической формы, поверх которого нанесен многослойный металлический контакт в виде двух цилиндрических слоев заданной длины, выполненных из разных металлов, формирующий непланарный электрический барьер Шоттки цилиндрической формы, при этом удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки, а омический контакт сформирован на торцах кремниевой подложки в виде двух слоев, выполненных из разных металлов, причем удельная электропроводность верхнего цилиндрического слоя металла в паре больше удельной электропроводности нижнего цилиндрического слоя металла по направлению протекания электрического тока через барьер Шоттки. 8. Диод по п.7, отличающийся тем, что слои омического контакта выполнены из алюминия, или молибдена, или вольфрама, или никеля. 9. Диод по п.7, отличающийся тем, что цилиндрические слои в многослойном металлическом контакте выполнены из серебра, или золота, или меди, или платины и других металлов.