功率肖特基势垒二极管的性能及制作工艺特点

  1.引言
  功率肖特基势垒二极管(SBD)，是近年发展起来的一种新型功率器件，具有大电流、低正向压降、高频低功耗、高浪涌电流、瞬态保护等特点，作为一种低压整流器件，可应用于各种低压高频开关电源，如稳压器、整流器、逆变器、UPS等，也可以作为快速钳位二极管使用。目前，该类产品已形成了完整的系列，国外已经大批量生产，国内尚处于产品研制和小批量生产阶段。
 
  2. 功率肖特基势垒二极管性能
  2.1 肖特基二极管的主要技术指标
  肖特基二极管品种繁多，一般SBD产品根据电流或电压的大小，大致分成十多个系列，上百个品种。除工作电流，反向击穿电压等方面有明显不同外，在其它参数上大同小异。以10A系列肖特基二极管产品为例，其主要的技术指标如表1所示。

  2.2 肖特基二极管的封装形式
  产品的封装灵活多样，根据应用场合的不同及工作电流的大小，可封装单管芯或双管芯。5A以下的产品一般采用单管芯封装，其中1A产品采用DO-41型封装，2A，5A 产品采用DO-201AD封装；工作电流大于5A 的产品一般采用TO-220型封装，并可根据需要封装双管芯。双管芯封装主要有C、A、D型三种结构方式，其外引线规定及内部结构如图1所示。   2.2 肖特基二极管的I-V特性
  SBD产品的特殊结构形式，决定了它具有良好的，I-V特性，有较低的正向压降和反向漏电流和较佳的温度性能。典型的I-V特性如图2、图3所示。   3. 功率肖特基势垒二极管的工艺特点
  功率肖特基势垒整流二极管作为整流器件，必须满足大电流工作和具有一定的反向耐压，根据功率肖特基势垒制做的基本原则，此类器件在设计和制作上应当特别注意以下几方面的特点：
  3.1 高性能肖特基势垒的制做
  多种资料报道，采用金属硅化物更能形成良好的肖特基势垒。采用A1/TiSi₂/si或Pt/Ni/Si结构均可形成性能较为稳定的肖特基势垒 其原理是，当金属与硅接触后，通过控制台适的温度、时间及金属膜厚度，使硅与金属产生低温固相反应．形成可重复的均匀硅化物接触层．由于势垒界面在原始硅表面内部形成，使得接触粘附力非常强，几乎不存在表面缺陷，可获得非常理想的界面。工艺上，可选择能形成深能级陷阱的Ni、Pt、Ti等做为金属材料，通过控制材料的纯度，采用适宜的薄膜制做技术，配合相应的台金工艺方法，可以形成性能远优于金属半导体直接接触的肖特基势垒。
 
  3.2 芯片设计原则
 大电流需要较大的芯片面积．场限环的采用对提高器件的反向击穿电压有着积极的作用，但会增加器件面积。面积的增加．对衬底材料在缺陷等方面要求较高，同时，对工艺加工特别是后部封装工艺会造成一定困难，更重要的是减少了单片管芯总数，不利于经济效益的发挥；而减少芯片面积，对于大电流工作的情形，在正向压降，反向抗浪涌冲击等特性方面会受到减弱。因此在减少实际芯片面积，合理选择场限环的条数时必须进行优化设计，即根据不同型号的产品，应制订出一套设计规则。
 
  3.3 芯片的金属化及其封装
  封装是影响器件可靠性的重要工艺，与之对应的是，前工序必须注重器件表面的金属化。
在器件的金属化工艺中，首先应注意金属电极材料的选择，根据器件档次高低，可以选用Au、Ag或A1材料，采用蒸发或溅射的方法形成一定厚度的电接触金属层。金属化工艺包括单层和多层金属化，在工艺制作过程中，多层金属的选择，金属层的刻蚀及光刻胶的去除方法与一般工艺有较大区别，主要考虑两个方面的因素：一是能在较短时问内完成厚金属层的刻蚀，并获得较为整齐的断面，保证光刻图形的精度；另一方面注意控制电极表面不被氧化，保持良好的电接触性能。
  在功率器件封装中，主要包括大圆片的背面减薄和管芯自动粘接技术。在背面减薄工艺
中，必须保证正面金属层不被划伤，同时要对大直径硅片的厚度通过背面减薄剩至不到200μm ，工艺加工难度较大。自动粘接过程中．对于大功率的SBD器件，由于芯片面积较大，在与衬底接触时，容易产生空隙，造成芯片粘接不良，影响器件热特性。采用硅片背面多层金属化和先进的粘接工艺，最大限度地减少热阻，是功率器件封装的关键。



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