一種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及功率器件技術領域，尤其是涉及一種基于碳基復合電極的高溫SiCJFET功率器件。
【背景技術】
[0002]在眾多的SiC功率器件中，SiC JFET器件由pn結柵控制，溝道在體區，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，因而被認為是最具有發展潛力的高溫開關器件。不久的將來，混合動力汽車和電動飛機在市場上所占據的份額將越來越大，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在實際電路中應用時，自熱效應會使器件內部溫度(結溫)升高，性能發生退化，尤其在高溫環境下，退化將更加顯著，當器件內部溫度達到一定程度就極有可能導致器件發生熱失效。研究發現，器件在工作時，高溫區域主要分布在器件溝道區。由于這部分高溫區域非常靠近用于形成柵端和源端的金屬電極，其熔點可能比SiC本征溫度低的多，所以盡量降低該區域的溫度對金屬電極的穩定性至關重要。同時，大量文獻及實驗結果表明，器件熱失效的主要原因是Al金屬的融化，因為P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，大量文獻表明，基于SiC的功率器件有潛力應用在600°C甚至更高的環境溫度下，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，遠沒有達到SiC材料的溫度應用潛力。

【發明內容】

[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET功率器件，一方面具有良好的熱穩定性和導電特性，另一方面可以有效的改善散熱，降低器件結溫，使器件在高溫下仍然可以穩定可靠的工作。
[0006]為實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
[0007]—種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET器件，包括N+襯底、N漂移區、N溝道區、P+柵區、N+源區、由第一碳基材料層與第一金屬層、第二金屬層復合構成的源電極、由第三碳基材料層與第三金屬層、第四金屬層復合構成的漏電極、由第二碳基材料層與第五金屬層、第六金屬層復合構成的柵電極。
[0008]其中，N漂移區的厚度為9.5 μπι，寬度為7 μπι，摻雜濃度為6.5X10 15cm3;N溝道區的深度為2.1 μπι，寬度為1.6 μπι，摻雜濃度為6.5X1015cm3；P +柵區摻雜濃度為I X 118Cm 3；N +襯底摻雜濃度為6X10 18cm 3；N +源區摻雜濃度為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熱性和導電性的碳基材料。
[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，孔洞的數目和形狀可以根據不同的需要進行設定。
[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、P+柵區和N+襯底分別形成歐姆接觸。
[0016]本發明具有以下有益效果:
[0017]I)利用石墨烯優良的熱穩定性、導電性和導熱特性，極大的降低了器件結溫，提高了 SiC JFET功率器件在高溫環境下工作的熱可靠性。
[0018]2) 一方面石墨烯具有良好的熱穩定性和導電特性，在高溫下依然保持穩定，另一方面石墨烯的優良的導熱性能夠有效的改善器件的散熱情況，從而降低器件結溫，使器件在高溫環境下仍然可以穩定可靠的工作。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明實施例一種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET器件的三維結構示意圖。
[0020]圖2為本發明實施例一種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET器件的石墨層的剖視圖。
【具體實施方式】
[0021]為了使本發明的目的及優點更加清楚明白，以下結合實施例對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0022]如圖1-2所示，本發明實施例提供了一種基于碳基復合電極的高溫SiC JFET器件，包括N+襯底11、N漂移區10、N溝道區5、P +柵區9、N +源區4、由第一碳基材料層2與第一金屬層1、第二金屬層3復合構成的源電極、由第三碳基材料層13與第三金屬層12、第四金屬層14復合構成的漏電極、由第二碳基材料層7與第五金屬層6、第六金屬層8復合構成的柵電極，N漂移區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熱性和導電性的碳基材料。
[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