一种功率器件及其制备方法与流程

本发明属于半导体，具体涉及一种功率器件及其制备方法。

背景技术：

1、功率器件是一类用于处理和控制电能转换和传输的半导体器件，这类器件特别适用于高电压、高电流和高功率的应用中。功率器件主要有两种功能：一是开关功能，它能够在电路中进行快速的开关操作，实现对电流或电压的控制；二是放大功能，它可以将小电流信号放大为大电流信号，或者将小电压信号放大为大电压信号。功率器件的主要类型包括整流器、晶闸管、功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(igbt)、功率运算放大器等。它们在电力系统、电动机、电源转换器、电动车等许多应用领域发挥重要作用。

2、在功率器件的应用领域中，开关是最常见、最普遍的一种功率器件应用。传统的开关器件具有源极、漏极和栅极三个电极结构，由栅极来控制源极和漏极之间的电流流动。目前的功率器件通常采用半导体材料(例如硅材料)制造，电流的流动由半导体材料中的载流子传输实现，这些器件的一些关键参数，例如击穿电压、导通电阻及开关速度，由于受限于半导体材料的物理机理，常常产生相互矛盾的情况，在提高器件的击穿电压的同时也会导致导通电阻增大、开关速度降低，即使是各种优化后的诸如超结、igbt等器件以及优化耐压、导通电阻等平衡曲线的sic新型材料，也很难同时兼顾耐压、导通电阻和开关速度的性能。

3、另外，半导体器件在反向截止时伴随一定的漏电流，并且在高温条件下也会有漏电流，当遇到电流、电压冲击时，这类功率器件也容易失效，这对于苛刻的运行环境和高强度的工作需求来说是一个重大的缺陷。

4、因此，在传统的半导体器件中，存在击穿电压、导通电阻及开关速度三者不可能同时达到最优的缺陷，并且对电流、电压冲击的抵抗力较差，无法保证器件的稳定性和可靠性。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种功率器件及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种功率器件，包括：衬底、磁性金属材料、若干导电体、绝缘层、控制极、第一电极和第二电极，其中，

3、所述衬底中形成有若干沟槽，所述若干沟槽从所述衬底的表面延伸至内部,将所述衬底具有沟槽的部分分隔为若干绝缘体；

4、所述磁性金属材料设置在所述若干沟槽中，所述磁性金属材料的厚度小于所述沟槽的深度；

5、所述若干导电体一一对应设置在所述若干绝缘体上；

6、所述绝缘层位于所述若干导电体上，且覆盖所述若干沟槽；

7、所述控制极设置在所述绝缘层上且投影与所述磁性金属材料交叠；

8、所述第一电极和所述第二电极设置在所述绝缘层上，且分布在所述控制极的两侧，与所述控制极间隔排布。

9、在本发明的一个实施例中，所述磁性金属材料的厚度等于所述导电体的厚度。

10、在本发明的一个实施例中，所述沟槽的深度为8~10μm。

11、在本发明的一个实施例中，所述磁性金属材料包括磁化铝金属、含磁性金属的单质、含磁性金属的氧化物、含磁性金属的合金中的一种或多种，其中，所述磁性金属包括铁、钴、镍、锰中的一种或多种。

12、在本发明的一个实施例中，所述磁性金属材料的厚度为4~5μm。

13、在本发明的一个实施例中，所述导电体的材料包括金属铝、铝铜合金中的一种或多种，厚度为4~5μm。

14、在本发明的一个实施例中，所述绝缘层的材料包括二氧化硅，厚度为1~2μm。

15、本发明的另一个实施例提供了一种功率器件的制备方法，包括步骤：

16、在衬底中制作从所述衬底表面延伸至内部的若干沟槽，将所述衬底具有沟槽的部分分隔为若干绝缘体；

17、在所述若干绝缘体上制备若干导电体；

18、在所述沟槽内部制备磁性金属材料，其中，所述磁性金属材料的厚度小于所述沟槽的深度；

19、在所述若干导电体上制备绝缘层，并使得所述绝缘层覆盖所述若干沟槽；

20、在所述绝缘层表面制备控制极、第一电极和第二电极，使得所述控制极的投影与所述磁性金属材料交叠，所述第一电极和所述第二电极分布在所述控制极的两侧且与所述控制极间隔排布。

21、在本发明的一个实施例中，在所述沟槽内部制备磁性金属材料，包括：

22、采用物理气相沉积技术、化学气相沉积技术或者电化学沉积技术在所述沟槽内部淀积所述磁性金属材料。

23、在本发明的一个实施例中，在所述若干导电体上制备绝缘层，并使得所述绝缘层覆盖所述若干沟槽，包括：

24、在所述沟槽中的磁性金属材料上淀积第一绝缘材料；

25、在所述第一绝缘材料和所述若干导电体上淀积第二绝缘材料；

26、在所述沟槽上方的第二绝缘材料上开孔，并湿法去除所述第一绝缘材料，形成所述绝缘层。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果：

28、本发明的功率器件中采用磁性金属材料和导电体作为导电沟道介质，允许器件具有更高的击穿电压，并且沟道的阻抗也能有效减小，由于材料可以快速响应电场变化，因此能够提高开关速度，同时，由于磁性金属材料相对于硅材料对电流、电压冲击的抵抗能力强，大大提高了器件的稳定性和可靠性，实现了击穿电压、导通电阻和开关速度的兼顾。

1.一种功率器件，其特征在于，包括：衬底、磁性金属材料、若干导电体、绝缘层、控制极、第一电极和第二电极，其中，

2.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述磁性金属材料的厚度等于所述导电体的厚度。

3.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述沟槽的深度为8~10μm。

4.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述磁性金属材料包括磁化铝金属、含磁性金属的单质、含磁性金属的氧化物、含磁性金属的合金中的一种或多种，其中，所述磁性金属包括铁、钴、镍、锰中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述磁性金属材料的厚度为4~5μm。

6.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述导电体的材料包括金属铝、铝铜合金中的一种或多种，厚度为4~5μm。

7.根据权利要求1所述的功率器件，其特征在于，所述绝缘层的材料包括二氧化硅，厚度为1~2μm。

8.一种功率器件的制备方法，其特征在于，包括步骤：

9.根据权利要求8所述的功率器件的制备方法，其特征在于，在所述沟槽内部制备磁性金属材料，包括：

10.根据权利要求8所述的功率器件的制备方法，其特征在于，在所述若干导电体上制备绝缘层，并使得所述绝缘层覆盖所述若干沟槽，包括：