DIODO DE RECUPERACIÓN RÁPIDA Y MÉTODO DE FABRICARLO.

La invención se refiere al campo de la potencia electrónica y más en concreto a un diodo de recuperación rápida, en particular para dispositivos con voltaje de ruptura superior a 2,5 kV, y a un método para fabricar dicho diodo de recuperación rápida. Antecedentes de la invención Un diodo de la técnica anterior incluye una capa base dopada n con un lado de cátodo y un lado de ánodo opuesto al lado de cátodo. En el lado de ánodo se ha dispuesto una capa de ánodo dopada p, y encima de la capa de ánodo dopada p se ha dispuesto una capa de metal que funciona como un electrodo de ánodo. En el lado de cátodo se ha dispuesto una capa amortiguadora de cátodo dopada (n+) más alta. Una capa de metal en forma de un electrodo de cátodo está dispuesta encima de la capa amortiguadora de cátodo dopada (n+). La figura 1 representa el perfil de dopado de una capa de ánodo dopada p de la técnica anterior 5, que incluye dos capas secundarias 56, 57. La capa secundaria 56 es una capa difundida de boro o galio, que tiene una concentración de dopado máxima alta 565 de alrededor de 1 * 10 18 /cm 3 o más alta. Otra capa secundaria con una profundidad de capa secundaria más alta 570 que la otra capa secundaria y una concentración de dopado máxima más baja es una capa difundida de aluminio. Debido a la concentración de dopado máxima alta 565, el perfil de dopado disminuye muchísimo a la profundidad de capa secundaria 570. Bajo recuperación inversa rápida con cambios de corriente pronunciados (alto di/dt), la zona de operación segura (SOA) de diodos de recuperación rápida está seriamente limitada por ruptura de avalancha dinámica. Ésta es la ruptura de avalancha cuando el campo eléctrico es fuertemente incrementado por portadoras libres que pasan a través de la región de campo eléctrico alto con velocidad de saturación. El adjetivo dinámico refleja el hecho de que esto tiene lugar durante la operación transitoria del dispositivo [S. Linder, Power Semiconductors, EPFL Press, 2006]. Con recuperación di/dt creciente, la avalancha dinámica es más fuerte y da lugar a un fallo de dispositivo a voltajes de suministro muy inferiores en comparación con el voltaje de ruptura estático. Los métodos para la supresión de la avalancha dinámica se basan en una conformación apropiada de la distribución de plasma de estado activado en la capa base n de diodos por medio de control de duración. Esto se puede hacer por irradiación de protones o helio pico de defecto único combinada con irradiación de electrones o difusión de metal pesado, irradiación de protones o helio pico de defectos múltiples o combinación de irradiación de protones o helio. También una eficiencia de inyección de ánodo controlada y baja combinada con control de duración es una forma posible de suprimir la avalancha dinámica. Los métodos antes mencionados se usan ampliamente en la práctica. Sin embargo, quitan el efecto disminuyendo la cantidad de portadoras libres que pasan a través de la región de campo eléctrico alto y no la causa, que es el campo eléctrico alto. Un método que suprime el origen de avalancha dinámica y pospone su aparición hacia voltajes de suministro más altos se basa en la introducción de una capa de tipo p dopada baja soterrada gruesa, que se crea por irradiación de iones paladio de alta energía seguida de un paso de difusión, y dicha capa está conectada a una capa p de ánodo (Vobecky y colaboradores, Radiation-Enhanced Diffusion of Palladium for a Local Lifetime Control in Power Devices, IEEE Transactions on Electron Devices, Vol.54, 1521-1526). La capa p tiene una concentración muy baja de receptores que suaviza el campo eléctrico máximo en la unión de ánodo que es responsable de la ionización de impacto que da lugar a la ruptura de avalancha. El efecto beneficioso de esta capa aumenta con el grosor creciente mientras la concentración se mantiene lo más cerca posible de la del dopado de capa base n. Sin embargo, este método requiere irradiación de iones de alta energía, para la que se precisan aparatos especiales. Además, la concentración de la capa tipo P soterrada depende de la calidad de superficie del ánodo. Para pastillas de gran diámetro, este método es de aplicación muy delicada, porque una distribución homogénea de la temperatura durante el recocido, requerido para una capa p controlada, es difícil de lograr. También hay riesgo de contaminación durante el proceso de fabricación debido al uso de paladio. Descripción de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un diodo de recuperación rápida, en el que la avalancha dinámica tiene lugar a voltajes más altos y el voltaje de ruptura estático se incrementa con respecto a los dispositivos de la técnica anterior. Este objeto se logra con un diodo según la reivindicación 1 y con un método de fabricación de dicho diodo según la reivindicación 7. El diodo de recuperación rápida de la invención incluye una capa base dopada n con un lado de cátodo y un lado de 2   ánodo opuesto al lado de cátodo. En el lado de ánodo se ha dispuesto una capa de ánodo dopada p y encima de la capa de ánodo, es decir en el lado opuesto a la capa base, está situado un electrodo de ánodo, típicamente en forma de una capa de metal. La capa de ánodo incluye al menos dos capas difundidas de aluminio secundarias, donde una primera capa secundaria tiene una primera concentración de dopado máxima, que está entre 2 * 10 16 cm -3 y 2 * 10 17 cm -3 y la primera concentración de dopado máxima es más alta que la concentración de dopado máxima de cualquier otra capa secundaria. La capa de ánodo incluye además una última capa secundaria con una profundidad de capa secundaria última, que es mayor que cualquier otra profundidad de capa secundaria de todas las capas secundarias, donde la profundidad de capa secundaria última es entre 90 y 120 m. Cada capa secundaria tiene un perfil de dopado. El perfil de dopado de la capa de ánodo está compuesto por los perfiles de dopado de todas las capas secundarias de tal manera que se alcance una concentración de dopado en un rango de 5 * 1014 cm -3 y 1 * 10 15 cm -3 entre una primera profundidad, que es al menos 20 m, y una segunda profundidad, que es de 50 m como máximo, preferiblemente 40 m. Dicho perfil de dopado permite proporcionar un diodo de recuperación rápida, en el que el campo eléctrico se reduce a un voltaje inverso dado en comparación con los dispositivos de la técnica anterior, y, así, la avalancha dinámica se puede posponer hacia voltajes de suministro más altos. El perfil de dopado es especialmente ventajoso para un diodo de recuperación rápida con voltaje de ruptura superior a 2,5 kV. A diferencia de los métodos de la técnica anterior, en los que se introduce una capa de defecto por irradiación con protones, electrones o difusión de metal pesado, en el diodo de la invención se debilita la causa de la avalancha, es decir, el campo eléctrico alto, y por ello también se incrementa el voltaje de ruptura estático. Al mismo tiempo se obtienen una eficiencia baja y controlada de inyección de emisión y un control de duración apropiado. En los diodos de la invención, las capas de defecto también se usan para controlar la duración. Además, se prevé suprimir la avalancha dinámica. Todos estos efectos contribuyen a hacer diodos más robustos. El método para fabricar el diodo de la invención también es superior a los métodos de la técnica anterior para la producción de diodos de potencia alta discreta. No hay irradiación de iones de alta energía para crear el perfil óptimo de dopado de ánodo, que no se puede obtener fácilmente en fábrica, necesario en el método novedoso. El proceso de fabricación de la invención no incluye requisitos especiales de material para la fabricación, que podría implicar un manejo delicado durante la fabricación. Como no se usan materiales críticos, no hay riesgo de contaminación durante la fabricación. Como la pendiente creada de perfil de dopado de la capa de ánodo es suave, no hay requisitos especiales en la superficie de lado de ánodo de la pastilla. Además, el proceso de la invención es un proceso de fácil realización, que también permite la creación de pastillas de grandes dimensiones. El diodo de la invención puede ser usado ventajosamente como un diodo de libre rotación o fijación en IGCT (tiristor conmutado de puerta integrada) o un diodo de libre rotación en aplicaciones de IGBT (transistor bipolar de puerta aislada). Otras variantes y realizaciones preferidas se describen en las reivindicaciones de patente dependientes. Breve descripción de los dibujos La materia de la invención se explicará con más detalle en el texto siguiente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que: La figura 1 representa una concentración de dopado de la capa de ánodo en un diodo... [Seguir leyendo]

una capa base dopada n (2) con un lado de cátodo (21) y un lado de ánodo (22) opuesto al lado de cátodo (21), una capa de ánodo dopada p (5) en el lado de ánodo (22), teniendo la capa de ánodo (5) un perfil de dopado e incluyendo al menos dos capas secundarias (51, 52, 53), que están dispuestas paralelas al lado de ánodo (22), donde las al menos dos capas secundarias (51, 52, 53) incluyen una primera capa secundaria (51) y una última capa secundaria (52), la última capa secundaria (52), la primera capa secundaria (51) tiene una primera concentración de dopado máxima (515), que es entre 2 * 10 16 cm -3 y 2 * 10 17 cm -3 y la primera concentración de dopado máxima es más alta que la concentración de dopado máxima de cualquier otra capa secundaria (52, 53) de las al menos dos capas secundarias (51, 52, 53), la última capa secundaria (52) con una profundidad de capa secundaria última (520), la profundidad de capa secundaria última (520) es mayor que cualquier otra profundidad de capa secundaria (54, 55), donde la profundidad de capa secundaria última (520) es entre 90 y 120 m, donde el perfil de dopado de la capa de ánodo (5) disminuye de tal manera que se alcance una concentración de dopado en un rango de 5 * 10 14 cm -3 y 1 * 10 15 cm -3 entre una primera profundidad (54), que es al menos 20 m, y una segunda profundidad (55), que está a 50 máximo y donde las al menos dos capas secundarias (51, 52, 53) son capas difundidas de aluminio. 2. Diodo (1) según la reivindicación 1, caracterizado porque la primera profundidad (54) es al menos 30 m. 3. Diodo (1) según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la segunda profundidad (55) es como máximo 40 m. 4. Diodo (1) según la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque el diodo (1) tiene una anchura mayor en el lado de cátodo (21) que en el lado de ánodo (22). 5. Diodo (1) según la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque el diodo (1) tiene una anchura menor en el lado de cátodo (21) que en el lado de ánodo (22). 6. Diodo (1) según la reivindicación 1 a 5, caracterizado porque una capa de defecto (6) que tiene un pico de defecto está dispuesta paralela al lado de ánodo con el pico de defecto a una profundidad más allá de la profundidad, es la más próxima a la capa base (2), en la que la concentración de dopado de la capa de ánodo cae por debajo de 1 * 10 15 cm -3 , y es menor que la segunda profundidad (55). 7. Método para fabricar un diodo de recuperación rápida (1), incluyendo el método los pasos de fabricación siguientes: se facilita una pastilla dopada n (23) con un lado de cátodo (21) y un lado de ánodo (22) opuesto al lado de cátodo (21), una capa de ánodo dopada p (5), que tiene un perfil de dopado e incluye al menos dos capas secundarias (51, 52, 53) en el diodo finalizado (1), está dispuesta en el lado de ánodo (22), las al menos dos capas secundarias (51, 52, 53) incluyen al menos una primera capa secundaria (51) y una última capa secundaria (52), y cada capa secundaria (51, 52, 53) se crea aplicando iones aluminio en el lado de ánodo (22) de la pastilla (23) y posteriormente difundiendo los iones aluminio a la pastilla (23), creando por ello la capa secundaria (51, 52, 53) con una profundidad de capa secundaria y una concentración de dopado máxima, donde la primera capa secundaria (51) se crea con una primera concentración de dopado máxima (515), que es entre 2 * 10 16 cm -3 y 2 * 10 17 cm -3 y que es más alta que la concentración de dopado máxima de cualquier otra capa secundaria (52, 53), la última capa secundaria (52) se crea con una profundidad de capa secundaria última (520), que es mayor que 8   cualquier otra profundidad de capa secundaria, donde la profundidad de capa secundaria última (520) es entre 90 y 120 m, y las concentraciones de dopado y las profundidades de capa secundaria de las al menos dos capas secundarias (51, 52, 53) se eligen de tal manera que el perfil de dopado de la capa de ánodo (5) disminuya a un valor en un rango de 5 * 10 14 cm -3 y 1 * 10 15 cm -3 entre una primera profundidad (54), que es al menos 20 m, y una segunda profundidad (55), que es 50 m como máximo. 8. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque la pastilla (23) es irradiada en el lado de ánodo (22) con iones con el fin de crear una capa de defecto (6), donde la energía de irradiación se elige de tal manera que el pico de defecto esté dispuesto a una profundidad más allá de la profundidad a la que la concentración de dopado de la capa de ánodo disminuye por debajo de 1 * 10 15 cm - 3 , y es menor que la segunda profundidad (55). 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque los iones para la creación de la capa de defecto (6) son protones o helio. 10. Método según la reivindicación 7, caracterizado porque después de haber difundido los iones aluminio a la pastilla (23), la parte de la primera capa secundaria (51) que está dispuesta entre la superficie de pastilla en el lado de ánodo y la primera concentración de dopado máxima (515) se quita parcial o completamente. 11. Diodo (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 para uso en un tiristor conmutado de puerta integrada o una aplicación de transistor bipolar de puerta aislada. 9     11   12   13