專利名稱：Jfet及使用該jfet的微型逆變器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及ー種JFET及使用該JFET的微型逆變器。
背景技術(shù)：
光伏發(fā)電技術(shù)被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有發(fā)展前景的新能源技木。逆變器是太陽能光伏系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。目前市場上并網(wǎng)逆變器產(chǎn)品主要是集中式逆變器，它是將光伏電池串并聯(lián)后，達(dá)到ー個(gè)高壓直流，再通過逆變器轉(zhuǎn)換為交流。由于電池面板性能不均衡、局部的陰影或污垢、不同的老化程度等容易造成系統(tǒng)失配導(dǎo)致輸出效率下降的弊端，進(jìn)而導(dǎo)致整體的輸出功率大幅降低。這是集中式逆變器難以解決的問題。微型逆變器是安裝在每個(gè)電池組件上的小型逆變器件，通過對(duì)各塊電池的功率輸 出進(jìn)行優(yōu)化，使得整體的電能輸出功率最大化。這樣即使部分電池板因?yàn)楦鞣N原因?qū)е滦阅芟陆担⑿湍孀兤魅钥梢愿欁罴训木植縈PPT(最大功率點(diǎn))，可挽回相當(dāng)數(shù)量的發(fā)電量。微型逆變器的工作環(huán)境和應(yīng)用背景使其需要具有高頻、高效率、高功率密度、高可靠等特點(diǎn)。影響微型逆變器的關(guān)鍵因素之一是功率半導(dǎo)體器件，由于功率器件的通態(tài)電阻、漏電流和開關(guān)過程中產(chǎn)生的能量損耗，會(huì)造成相當(dāng)一部分電能損失，從而降低電池能量的使用效率。功率器件阻斷電壓的提高會(huì)導(dǎo)致器件通態(tài)電阻的上升，工作頻率的提高也會(huì)導(dǎo)致功耗的進(jìn)ー步增加。目前使用的功率器件主要是硅等傳統(tǒng)材料半導(dǎo)體器件，由于受材料性能的限制，器件的電學(xué)性能已經(jīng)沒有太大的提高空間。難以滿足微型逆變器的發(fā)展需求。碳化硅材料禁帶寬度大、臨界擊穿電場較高、熱導(dǎo)率高，用其制成的功率半導(dǎo)體器件具有比Si器件更高的工作頻率、更高的擊穿電壓和工作溫度承受能力，同時(shí)又具有更低的開關(guān)損耗和同態(tài)電阻比。因此，采用碳化硅功率器件可以顯著提高微型逆變器的性能。隨著工藝和器件的逐漸成熟，SiC功率器件已經(jīng)開始應(yīng)用于電カ電子技術(shù)中。在功率ニ極管方面，SiC肖特基ニ極管(SBD)已經(jīng)商用多年，多家公司都可以提供不同電壓等級(jí)的商用SiC SBD0但是SiC功率器件目前還有很多問題需要解決，其中最大的問題是SiC全控型功率器件的發(fā)展相對(duì)較慢。目前市場上只有少數(shù)公司可以提供種類比較單ー的SiC全控型功率器件，而且價(jià)格高昂，難以廣泛應(yīng)用于光伏這樣的民用領(lǐng)域。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、加工制造方便且電學(xué)特性優(yōu)良的JFET( junction field effect transistor結(jié)型場效應(yīng)晶體管)。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是ー種JFET，其特征在于包括由N型SiC基片構(gòu)成的襯底和設(shè)置在所述襯底上表面上的SiC外延層，所述SiC外延層的上半部分為臺(tái)階狀且為所述JFET的N型SiC溝道層，所述SiC外延層的下半部分為所述JFET的SiC漂移層，所述N型SiC溝道層的上部設(shè)置有N型SiC歐姆接觸層，所述襯底的下部設(shè)置有漏極歐姆接觸電極，所述N型SiC歐姆接觸層的上部設(shè)置有源極歐姆接觸電極，所述SiC漂移層的ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層的一側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第一柵極肖特基接觸電極，所述SiC漂移層的另ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層的另ー側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第二柵極肖特基接觸電極。上述的JFET，其特征在于所述SiC外延層的厚度為5 iim 20 iim;所述N型SiC溝道層的寬度為0. 5 u m 2 u m、厚度為I u m 3 u m。上述的JFET，其特征在于所述漏極歐姆接觸電極和源極歐姆接觸電極均由依次從下到上的第一 Ni層和Pt層構(gòu)成,所述第一 Ni層的厚度為200nm 400nm,所述Pt層的厚度為50nm 200nm。上述的JFET，其特征在于所述第一柵極肖特基接觸電極和所述第二柵極肖特基接觸電極均由依次從下到上的第二 Ni層和Al層構(gòu)成，所述第二 Ni層的厚度為50nm 500nm,所述Al層的厚度為IOOOnm 5000nm。本實(shí)用新型還提供了ー種結(jié)構(gòu)緊湊、開關(guān)特性好、工作效率高、電能損耗低且工作可靠性高的使用上述JFET的微型逆變器，其特征在于包括用于濾波的電容Cl、C2和C3，用于升壓的電感LI，用于起開關(guān)作用的JFETl、JFET2和JFET3，以及用于起整流和續(xù)流作用的碳化硅肖特基ニ極管Dl、D2、D3和D4 ;所述電容Cl的一端與電感LI的一端相接且為所述微型逆變器的直流電壓正極輸入端V+，所述電感LI的另一端與JFETl的漏扱、碳化硅肖特基ニ極管Dl的負(fù)極和碳化硅肖特基ニ極管D2的正極相接，所述碳化硅肖特基ニ極管D2的負(fù)極與電容C2的一端、JFET2的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D3的負(fù)極相接，所述電容C2的另一端與電容C3的一端相接且為所述微型逆變器的ー個(gè)交流電壓輸出端0UT1，所述JFET2的源極與碳化硅肖特基ニ極管D3的正極、JFET3的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D4的負(fù)極相接且為所述微型逆變器的另ー個(gè)交流電壓輸出端0UT2，所述電容Cl的另一端與JFETl的源極、碳化硅肖特基ニ極管Dl的正極、電容C3的另一端、JFET3的源極和碳化硅肖特基ニ極管D4的正極相接且為所述微型逆變器的直流電壓負(fù)極輸入端V-，所述JFETl的柵極、JFET2的柵極和JFET3的柵極均與逆變器控制電路的輸出端相接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)I、本實(shí)用新型中的JFET，由SiC材料制成，有效地利用了 SiC材料的優(yōu)良特性，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、加工制造方便且電學(xué)特性優(yōu)良。2、使用本實(shí)用新型中JFET的微型逆變器，采用了 DC/DC/AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將JFET的數(shù)目減少到了三個(gè)，沒有采用變壓器，盡可能的簡化了微型逆變器的結(jié)構(gòu)，使得本實(shí)用新型所述的微型逆變器結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧。3、本實(shí)用新型采用肖特基接觸電極作為JFET的柵極，可以與目前較為成熟的碳化硅肖特基ニ極管的エ藝相兼容；相比于離子注入制備P+區(qū)，肖特基接觸電極的制備エ藝相對(duì)成熟，這些特性有利于降低JFET的成本和微型逆變器的成本，也有利于集成，降低微型逆變器的體積，提高封裝密度。4、相比于PN結(jié)柵，肖特基柵不會(huì)減薄溝道的寬度，有利于提高JFET的功率密度，降低微型逆變器的電能損耗，降低電價(jià)。[0018]5、肖特基接觸電極具有比PN結(jié)更良好的瞬態(tài)特性，因此采用肖特基接觸電極的JFET具有更好的開關(guān)特性，有利于提高微型逆變器的工作頻率，縮小體積，提高工作的可靠性。6、本實(shí)用新型的實(shí)用性強(qiáng)，能夠廣泛應(yīng)用于太陽能光伏發(fā)電領(lǐng)域中，推廣應(yīng)用價(jià)值高。綜上所述，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便且實(shí)現(xiàn)成本低，有利于提高微型逆變器的工作頻率和工作可靠性，降低電能損耗和電價(jià)，實(shí)用性強(qiáng)，推廣應(yīng)用價(jià)值高。下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。

圖I為本實(shí)用新型JFET的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型微型逆變器的電路原理圖。附圖標(biāo)記說明
I—漏極歐姆接觸電極；2—襯底；3-1—N型SiC溝道層；
3-2 — SiC漂移層；4一N型SiC歐姆接觸層；
5—源極歐姆接觸電極；6-1—弟ー柵極肖特基接觸電極；
6-2—第二柵極肖特基接觸電極；7—逆變器控制電路。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型所述的JFET，包括由N型SiC基片構(gòu)成的襯底2和設(shè)置在所述襯底2上表面上的SiC外延層，所述SiC外延層的上半部分為臺(tái)階狀且為所述JFET的N型SiC溝道層3-1，所述SiC外延層的下半部分為所述JFET的SiC漂移層3_2，所述N型SiC溝道層3-1的上部設(shè)置有N型SiC歐姆接觸層4，所述襯底2的下部設(shè)置有漏極歐姆接觸電極I，所述N型SiC歐姆接觸層4的上部設(shè)置有源極歐姆接觸電極5，所述SiC漂移層3-2的ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層3-1的一側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第一柵極肖特基接觸電極6-1，所述SiC漂移層3-2的另ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層3-1的另ー側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第二柵極肖特基接觸電極6-2。其中，所述SiC外延層的厚度為5 ii m 20 ii m ;所述N型SiC溝道層3_1的寬度為0. 5iim m、厚度為I y m 3 y m。所述漏極歐姆接觸電極I和源極歐姆接觸電極5均由依次從下到上的第一 Ni層和Pt層構(gòu)成,所述第一 Ni層的厚度為200nm 400nm,所述Pt層的厚度為50nm 200nm。所述第一柵極肖特基接觸電極6_1和所述第二柵極肖特基接觸電極6-2均由依次從下到上的第二 Ni層和Al層構(gòu)成，所述第二 Ni層的厚度為50nm 500nm,所述Al層的厚度為IOOOnm 5000nm。[0028]本實(shí)用新型所述的JFET的制造方法，包括以下步驟步驟一、提供襯底2，所述襯底由N型SiC基片構(gòu)成；步驟ニ、采用低壓熱壁化學(xué)氣相沉積法在所述襯底2的上表面上外延生長摻雜濃度為5父1016(^_3、厚度為511111的31(外延層，外延生長的溫度為1570°C，外延生長的壓カ為IOOmbar，外延生長的氣體為體積比為2:1:4的C3H8、SiH4和H2的混合氣體；步驟三、采用反應(yīng)離子干法刻蝕法并采用SF6氣體產(chǎn)生的等離子體在所述SiC外延層的上半部分刻蝕出寬度為0. 5 u m、厚度為I U m的臺(tái)階，使得位于臺(tái)階部分的SiC外延層構(gòu)成所述JFET的N型SiC溝道層3-1，位于臺(tái)階下部的SiC外延層下半部分構(gòu)成所述JFET的SiC漂移層3-2 ；步驟四、采用離子注入方法在所述N型SiC溝道層3-1的上部形成摻雜濃度 I X IO18CnT3的N型SiC歐姆接觸層4，并在Ar氣氛下進(jìn)行溫度為1550°C的熱退火10分鐘；步驟五、在所述襯底2的下部和所述N型SiC溝道層3-1的上部采用電子束依次蒸發(fā)金屬Ni和Pt，并在N2氣氛下進(jìn)行溫度為950°C的熱退火2分鐘，在所述襯底2的下部形成由第一 Ni層和Pt層構(gòu)成的漏極歐姆接觸電極1，并在所述N型SiC歐姆接觸層4的上部形成由第一 Ni層和Pt層構(gòu)成的源極歐姆接觸電極5 ;其中，所述第一 Ni層的厚度為200nm,所述Pt層的厚度為50nm ;步驟六、在所述SiC漂移層3-2的ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層3-1的一側(cè)側(cè)壁上依次濺射金屬Ni和Al，形成由第二 Ni層和Al層構(gòu)成的第一柵極肖特基接觸電極6-1，在所述SiC漂移層3-2的另ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層3-1的另ー側(cè)側(cè)壁上濺射金屬Ni和Al，形成由第二 Ni層和Al層構(gòu)成的第二柵極肖特基接觸電極6-2 ;其中，所述第二 Ni層的厚度為50nm，所述Al層的厚度為lOOOnm。結(jié)合圖2，ー種使用本實(shí)用新型所述JFET的微型逆變器，包括用于濾波的電容Cl、C2和C3，用于升壓的電感LI，用于起開關(guān)作用的JFET1、JFET2和JFET3，以及用于起整流和續(xù)流作用的碳化硅肖特基ニ極管D1、D2、D3和D4 ;所述電容Cl的一端與電感LI的一端相接且為所述微型逆變器的直流電壓正極輸入端V+，所述電感LI的另一端與JFETl的漏極、碳化硅肖特基ニ極管Dl的負(fù)極和碳化硅肖特基ニ極管D2的正極相接，所述碳化硅肖特基ニ極管D2的負(fù)極與電容C2的一端、JFET2的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D3的負(fù)極相接，所述電容C2的另一端與電容C3的一端相接且為所述微型逆變器的ー個(gè)交流電壓輸出端0UT1,所述JFET2的源極與碳化硅肖特基ニ極管D3的正極、JFET3的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D4的負(fù)極相接且為所述微型逆變器的另ー個(gè)交流電壓輸出端0UT2，所述電容Cl的另一端與JFETl的源極、碳化硅肖特基ニ極管Dl的正極、電容C3的另一端、JFET3的源極和碳化硅肖特基ニ極管D4的正極相接且為所述微型逆變器的直流電壓負(fù)極輸入端V-，所述JFETl的柵極、JFET2的柵極和JFET3的柵極均與逆變器控制電路7的輸出端相接。所述逆變器控制電路7采用現(xiàn)有技術(shù)中公知的逆變器控制電路即可。使用本實(shí)用新型中JFET的微型逆變器，采用了 DC/DC/AC的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將JFET的數(shù)目減少到了三個(gè)，沒有采用變壓器，結(jié)構(gòu)緊湊；采用肖特基接觸電極作為JFET的柵極，可以與目前較為成熟的碳化硅肖特基ニ極管的エ藝相兼容；有利于降低JFET的成本和微型逆變器的成本，也有利于集成，降低微型逆變器的體積，提高封裝密度，且能降低微型逆變器的電能損耗，降低電價(jià)。[0037]以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本實(shí)用新型作任何限制，凡是根據(jù)本實(shí)用新型技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)?！?br> 權(quán)利要求1.ー種JFET，其特征在于包括由N型SiC基片構(gòu)成的襯底(2)和設(shè)置在所述襯底(2)上表面上的SiC外延層，所述SiC外延層的上半部分為臺(tái)階狀且為所述JFET的N型SiC溝道層(3-1 )，所述SiC外延層的下半部分為所述JFET的SiC漂移層(3-2)，所述N型SiC溝道層(3-1)的上部設(shè)置有N型SiC歐姆接觸層(4)，所述襯底(2)的下部設(shè)置有漏極歐姆接觸電極(1)，所述N型SiC歐姆接觸層(4)的上部設(shè)置有源極歐姆接觸電極(5)，所述SiC漂移層(3-2)的ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層(3-1)的一側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第一柵極肖特基接觸電極(6-1)，所述SiC漂移層(3-2)的另ー側(cè)上部和所述N型SiC溝道層(3-1)的另ー側(cè)側(cè)壁上設(shè)置有第二柵極肖特基接觸電極(6-2 )。
2.按照權(quán)利要求I所述的JFET，其特征在于所述SiC外延層的厚度為5ii m 20 ii m ;所述N型SiC溝道層(3-1)的寬度為0. 5iim 2iim、厚度為I y m 3 y m。
3.按照權(quán)利要求I所述的JFET，其特征在于所述漏極歐姆接觸電極(I)和源極歐姆接觸電極(5)均由依次從下到上的第一Ni層和Pt層構(gòu)成，所述第一Ni層的厚度為200nm 400nm,所述Pt層的厚度為50nm 200nm。
4.按照權(quán)利要求I所述的JFET，其特征在于所述第一柵極肖特基接觸電極(6-1)和所述第二柵極肖特基接觸電極(6-2)均由依次從下到上的第二 Ni層和Al層構(gòu)成，所述第ニ Ni層的厚度為50nm 500nm,所述Al層的厚度為IOOOnm 5000nm。
5.ー種使用如權(quán)利要求I所述JFET的微型逆變器，其特征在于包括用于濾波的電容C1、C2和C3，用于升壓的電感LI，用于起開關(guān)作用的JFETl、JFET2和JFET3，以及用于起整流和續(xù)流作用的碳化硅肖特基ニ極管Dl、D2、D3和D4 ;所述電容Cl的一端與電感LI的一端相接且為所述微型逆變器的直流電壓正極輸入端V+，所述電感LI的另一端與JFETl的漏極、碳化硅肖特基ニ極管Dl的負(fù)極和碳化硅肖特基ニ極管D2的正極相接，所述碳化硅肖特基ニ極管D2的負(fù)極與電容C2的一端、JFET2的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D3的負(fù)極相接，所述電容C2的另一端與電容C3的一端相接且為所述微型逆變器的ー個(gè)交流電壓輸出端OUTl，所述JFET2的源極與碳化硅肖特基ニ極管D3的正極、JFET3的漏極和碳化硅肖特基ニ極管D4的負(fù)極相接且為所述微型逆變器的另ー個(gè)交流電壓輸出端0UT2，所述電容Cl的另一端與JFETl的源極、碳化硅肖特基ニ極管Dl的正極、電容C3的另一端、JFET3的源極和碳化硅肖特基ニ極管D4的正極相接且為所述微型逆變器的直流電壓負(fù)極輸入端V-，所述JFETl的柵極、JFET2的柵極和JFET3的柵極均與逆變器控制電路(7)的輸出端相接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種JFET及使用該JFET的微型逆變器，其JFET包括襯底和設(shè)在襯底上的SiC外延層，SiC外延層的上半部分為臺(tái)階狀且為JFET的N型SiC溝道層，SiC外延層的下半部分為JFET的SiC漂移層，N型SiC溝道層的上部設(shè)有N型SiC歐姆接觸層，襯底的下部設(shè)有漏極歐姆接觸電極，N型SiC溝道層的上部設(shè)有源極歐姆接觸電極，SiC漂移層的上部和N型SiC溝道層的側(cè)壁上設(shè)有兩個(gè)柵極肖特基接觸電極；其微型逆變器包括電容C1、C2和C3，電感L1，JFET1、JFET2和JFET3，以及碳化硅肖特基二極管D1、D2、D3和D4。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)新穎合理，實(shí)現(xiàn)方便，提高了微型逆變器的工作頻率和工作可靠性，降低了電能損耗和電價(jià)。
文檔編號(hào)H02M7/537GK202662614SQ201220260708
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月5日
發(fā)明者張 林, 李演明, 邱彥章 申請(qǐng)人:長安大學(xué)