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载流子寿命对双极型器件来说是一个十分重要的参数,它对器件的主要参数都有一定程度的影响。对功率二极管、晶闸管、IGBT等高压器件而言,为了得到较低的通态损耗,维持较长的载流子寿命是很有必要的;另一方面,为了将反向恢复电荷最小化以加快器件的关断,使器件工作在较高的频率,又要求缩短载流子的寿命。

  载流子寿命控制根据应用可以分两类:一是长载流子寿命控制技术；二是短载流子寿命控制技术。

  长载流子寿命控制技术

  在刚生长的硅单晶中,载流子寿命可以长达1ms然而在高温处理过程中会在硅晶片内产生大量晶格缺陷,而且研磨和抛光时残留在表面的杂质、从石英管和石英舟引入的杂质、进行刻蚀和清冼处理时从一些化学物质中吸收的污染物等等会从硅表面进入体内,引入像铁、铜、金等一些不希望存在的杂质,从而造成硅晶片的沾污。上述这两种情况均会引入复合中心,导致载流子寿命的缩短。

  为了减少这些沾污,在清洗硅片时需要使用高纯度(电学级)的化学材料；扩散源、气体、扩散管、扩散舟等均要有很高的纯度;要对工艺操作环境进行很好地控制。在最后的高温处理结束后缓慢地对晶片进行降温(每分钟降温不超过1℃),可以把晶格缺陷浓度降到最小,进行磷扩散时,硅片表面会覆盖有一层磷硅玻璃(PSG),采用上述降温方法可以显著降低缺陷密度。那些能够产生深陷阱能级的金属杂质通常会在硅内以间隙-替位方式迅速地扩散,首先迁移通过间隙位置,接着通过“KICK-OUT”机制填充晶格空位或取代硅原子而变为替位型杂质。这些杂质会向覆盖有PSG层的表面扩散,并在表面处以及磷硅玻璃或其下面的n+层形成化合物。当进行了硼扩散而形成覆盖有硼硅玻璃的p+层时也会有类似的情况出现,通常称之为“杂质汲取”。这是用以降低器件关键区域的缺陷和杂质浓度的一项十分有用的技术,另一种汲取方法是利用研磨的方法在晶片的某一表面上形成机槭损伤,陷阱杂质会迅扩散并占据在损伤层下面形成的空位。

  单独或者综合应用上述技术,可以制得即使是经过高温工艺处理以后载流子寿命仍超过100µs的器件,这对高压晶闸管和二极曾的制造是特别重要的。

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