具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。

此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的等于，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，为第一种功率二极管的结构示意图。从图中可以看出，第一种功率二极管包括n型掺杂的漂移区13，n型掺杂的漂移区13的顶部设有p型掺杂的阳极区14，n型掺杂的漂移区13的底部设有n型掺杂的阴极区12，其中，p型掺杂的阳极区14与阳极导体11连接，n型掺杂的阴极区12与阴极导体10连接。

其在阻断态下，n型掺杂的漂移区13承受几乎所有的外加电压。

而在导通态下，p型掺杂的阳极区14和n型掺杂的阴极区12分别向n型掺杂的漂移区13注入空穴和电子，使n型掺杂的漂移区13发生电导调制效应，n型掺杂的漂移区13存储了较高浓度的非平衡载流子。在反向恢复过程中（从稳定导通态转变到稳定阻断态的过程中），外加电压逐渐增加，n型掺杂的漂移区13中的非平衡载流子随着耗尽区的扩展快速从体内抽取出。当反向偏压达到较高值时，n型掺杂的漂移区13已几乎耗尽，体内只存储了少量的非平衡载流子。当反向偏压继续增加，体内几乎没有非平衡载流子来提供电流连续，反向恢复电流就会快速回升至零，导致较高的di_r/dt，从而引发电流和电压的震荡。另外，为了保证阳极A和阴极K形成良好的欧姆接触，p型掺杂的阳极区14和n型掺杂的阴极区12通常采用了较高掺杂，如在与金属接触的界面附近的掺杂浓度会接近或超过1×10¹⁷ cm^-3。

实施例2

如图2所示，为第二种功率二极管的结构示意图。从图中可以看出，第二种功率二极管其元胞结构包括：n型掺杂的漂移区28，n型掺杂的漂移区28的底部设有阴极结构，以及n型掺杂的漂移区28顶部设有阳极结构。

其中，阳极结构包括三个p型掺杂的第一阳极区290和三个p型掺杂的第二阳极区29，p型掺杂的第一阳极区290与所述p型掺杂的第二阳极区29在水平方向上交替排列。p型掺杂的第二阳极区29的平均掺杂浓度低于p型掺杂的第一阳极区290的平均掺杂浓度。p型掺杂的第一阳极区290上覆盖有阳极导体21并与之形成欧姆接触，p型掺杂的第二阳极区29上覆盖有阳极导体21并与之形成肖特基接触，阳极导体21连接至阳极A。p型掺杂的第二阳极区29在垂直方向上的掺杂浓度的积分介于1.5×10¹² cm^-2至6×10¹² cm^-2之间。

其中，阴极结构包括两个n型掺杂的阴极区22，一个p型掺杂的阴极区25以及三个n型掺杂的缓冲区23。n型掺杂的缓冲区23的底部平面与n型掺杂的阴极区22的顶部平面直接接触。n型掺杂的缓冲区23的底部平面与p型掺杂的阴极区25的顶部平面直接接触。n型掺杂的缓冲区23的顶部平面与n型掺杂的漂移区28的底部平面直接接触。n型掺杂的阴极区22通过第一阴极短接槽栅结构与p型掺杂的阴极区25相互隔离。

其中，第一阴极短接槽栅包括第一绝缘介质层26和被第一绝缘介质层26包围的第一导体区24。第一阴极短接槽栅结构从器件背面向上深入所述n型掺杂的漂移区28。第一阴极短接槽栅结构的顶部区域被n型掺杂的截止环27包围。第一阴极短接槽栅结构的侧面与n型掺杂的漂移区28、n型掺杂的缓冲区23、n型掺杂的阴极区22以及p型掺杂的阴极区25均直接接触。n型掺杂的截止环27与n型掺杂的漂移区28直接接触。n型掺杂的阴极区22、p型掺杂的阴极区25以及第一导体区24上覆盖有阴极导体20并与阴极导体20形成欧姆接触并连接至阴极K。而其中的第一导体区24由重掺杂的n型多晶硅或金属铝制成。

从上述描述不难发现第二种功率二极管和第一种功率二极管之间的区别为：（1）增加了p型掺杂的阴极区25；（2）为了防止阻断态下电场穿通至p型掺杂的阴极区25，还增加了n型掺杂的缓冲区23；（3）n型掺杂的阴极区22和p型掺杂的阴极区25被顶部包围了n型掺杂的截止环27的第一阴极短接槽栅结构隔离；（4）在阳极A一侧有交替排列的p型掺杂的第一阳极区290和p型掺杂的第二阳极区29，p型掺杂的第二阳极区29的平均掺杂浓度低于p型掺杂的第一阳极区290的平均掺杂浓度p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21接触形成肖特基接触。

为了保证形成欧姆接触，n型掺杂的阴极区22、p型掺杂的阴极区25以及p型掺杂的第一阳极区290通常采用较高掺杂浓度。相比于p型掺杂的第一阳极区290，p型掺杂的第二阳极区29的平均掺杂浓度（或掺杂剂量）更低，这样p型掺杂的第二阳极区29才能起到降低阳极A的空穴注入效率并降低反向恢复电荷的作用。当然，p型掺杂的第二阳极区29的掺杂剂量（也即掺杂浓度在垂直方向上的积分）不能太低，在阻断态下须防止p型掺杂的第二阳极区29发生穿通击穿。利用泊松方程（临界击穿电场以2×10⁵ V/cm计算）可计算得到，p型掺杂的第二阳极区29的掺杂剂量须大于等于1.5×10¹² cm^-2。为了保证p型掺杂的第二阳极区29降低反向恢复电荷的效果足够明显并避免发生穿通击穿，p型掺杂的第二阳极区29的掺杂剂量可以选用1.5×10¹² cm^-2至6×10¹² cm^-2之间的数值。由于p型掺杂的第二阳极区29的掺杂剂量较低，其表面掺杂浓度大约会在10¹⁶ cm^-3量级。在此表面掺杂浓度量级下，p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21接触比较容易形成肖特基接触。当然，通过某些工艺处理，在此表面掺杂浓度量级下也可以形成欧姆接触，但会增加工艺难度。理论上，无论p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21的接触性质是欧姆接触还是肖特基接触，都几乎不影响器件的电学特性。另外，n型掺杂的缓冲区23起到截止电场和避免电场穿通至p型掺杂的阴极区25的作用，n型掺杂的缓冲区23的掺杂剂量通常需要大于1×10¹² cm^-2。n型掺杂的截止环27用于保障在阻断态下电子能从p型掺杂的阴极区25一侧的n型掺杂的缓冲区23顺利经过第一阴极短接槽栅结构的表面流入n型掺杂的阴极区22，从而抑制p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴，避免击穿电压的降低。此外，第一阴极短接槽栅结构中的第一导体区24需要采用重掺杂的n型掺杂的多晶硅或采用功函数比n型掺杂的漂移区28的功函数更低的金属导体（如，铝）以保证在阻断态下第一阴极短接槽栅结构的表面形成较为通畅的电子漏电通路。

在阻断态下，二极管反偏工作，阴极K施加了相对于阳极A的正电压。由p型掺杂的第一阳极区290以及p型掺杂的第二阳极区29与n型掺杂的漂移区28构成的pn结反偏。随着阴极K与阳极A之间的电压增加，n型掺杂的漂移区28中的耗尽区从上至下扩展。当n型掺杂的漂移区28中的耗尽区扩展至n型掺杂的缓冲区23，n型掺杂的缓冲区23起到截止电场的作用。在阻断态下，n型掺杂的截止环27也会耗尽一部分（保留了一部分中性区）起到截止电场的作用，同时保障了第一阴极短接槽栅结构侧面附近的n型掺杂的漂移区28不被耗尽。当耗尽区扩展至n型掺杂的缓冲区23，n型掺杂的缓冲区23之上的n型掺杂的漂移区28以及n型掺杂的截止环27的电位会稍低于n型掺杂的缓冲区23以及阴极K的电位。这时，p型掺杂的第一阳极区290就施加了相对于n型掺杂的漂移区28以及n型掺杂的截止环27的较小的正电压。于是，n型掺杂的漂移区28与第一阴极短接槽栅结构的界面上能形成微弱的电子积累层。当耗尽区内产生的电子流向p型掺杂的阴极区25，这些电子会被n型掺杂的缓冲区23收集并经过第一阴极短接槽栅结构表面的电子积累层以及n型掺杂的截止环27流入n型掺杂的阴极区22。通常，阻断态下的电子漏电流比较小，因此电子从p型掺杂的阴极区25一侧的n型掺杂的缓冲区23流入n型掺杂的阴极区22的路径上的压降很小，低于pn结的开启电压（约0.7V）。于是，p型掺杂的阴极区25、n型掺杂的缓冲区23、n型掺杂的漂移区28以及p型掺杂的第一阳极区290、p型掺杂的第二阳极区29构成的pnp管在阻断态下不会起到放大电流的作用，故p型掺杂的阴极区25不会产生降低击穿电压的效果。因此，第二种功率二极管的击穿电压能够与第一种功率二极管结构的击穿电压十分接近。

需要说明的是，在阻断态下，n型掺杂的截止环27不能完全耗尽，因此其剂量通常需要大于1×10¹² cm^-2。如果n型掺杂的截止环27完全耗尽，第一阴极短接槽栅结构侧面附近的n型掺杂的漂移区28也会耗尽，第一阴极短接槽栅结构的表面的微弱的电子积累层消失，这个电子漏电通路的电阻大幅提高，p型掺杂的阴极区25与n型掺杂的缓冲区23构成的pn结就会导通，p型掺杂的阴极区25会向n型掺杂的漂移区28注入空穴，导致击穿电压降低。

还需要说明的是，第一导体区24采用功函数比n型掺杂的漂移区28的功函数更低的导体材料（如重掺杂的n型多晶硅、铝）时，在阻断态下第一阴极短接槽栅结构的表面才能形成微弱的电子积累层。如果第一导体区24采用重掺杂的p型多晶硅或功函数比n型掺杂的漂移区28的功函数更高的金属导体，由于内建电势差的缘故，在零偏下第一阴极短接槽栅结构侧面的n型掺杂的漂移区28已耗尽，在阻断态下第一阴极短接槽栅结构的侧面就无法形成微弱的电子积累层。

在正向导通态下，二极管正偏工作，阳极A施加了相对于阴极K的正电压。由p型掺杂的第一阳极区290以及p型掺杂的第二阳极区29与n型掺杂的n型掺杂的漂移区28构成的pn结正偏。当正电压超过pn结开启电压（约0.7 V）时，p型掺杂的第一阳极区290向n型掺杂的漂移区28注入空穴。进一步，空穴下漂移并在n型掺杂的阴极区22附近堆积，而n型掺杂的阴极区22向n型掺杂的漂移区28注入电子，电子向上漂移并在p型掺杂的第一阳极区290以及p型掺杂的第二阳极区29的附近堆积，这使n型掺杂的漂移区28体内发生电导调制效应，器件导通。由于p型掺杂的第二阳极区29的掺杂剂量较低，电子能够比较容易进入p型掺杂的第二阳极区29，并被p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21形成的肖特基接触收集，因此阳极一侧的非平衡载流子浓度得以降低，从而降低了反向恢复电荷。

需要说明的是，无论p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21的接触是肖特基接触或欧姆接触，接触处的电子浓度均很低（可忽略），因此电子在p型掺杂的第二阳极区29的扩散运动几乎不受该接触的性质的影响，器件特性也几乎不会受到该接触的性质的影响。另外，空穴漂移至n型掺杂的缓冲区23时，一部分空穴能够被p型掺杂的阴极区25抽取，这就能降低空穴在阴极一侧的堆积。当然，由于p型掺杂的阴极区25在反向恢复过程中又会向n型掺杂的漂移区28注入空穴，这又会增加一部分反向恢复电荷。但是，由于引入了p型掺杂的第二阳极区29，第二种功率二极管的反向恢复电荷仍然会比第一种功率二极管的反向恢复电荷更少。

在反向峰值恢复过程中，p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28空穴的机理如下。随着二极管的反向恢复的进行，电子从体内流入n型掺杂的阴极区22，空穴从体内流入p型掺杂的第一阳极区290以及p型掺杂的第二阳极区29，n型掺杂的阴极区22上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电子浓度会逐渐降低，于是电子从p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域流入n型掺杂的阴极区22的路径上的电阻增加（这时n型掺杂的阴极区22上方附近的n型掺杂的漂移区28区域还未耗尽，电阻不是特别高）。当这个路径上流过了足够大的电子电流时，p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电位会比n型掺杂的阴极区22的电位低0.7 V及以上。这时p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电子就能经过n型掺杂的缓冲区23注入p型掺杂的阴极区25，而p型掺杂的阴极区25也能向n型掺杂的漂移区28注入空穴，阴极一侧的非平衡载流子浓度得到了补充，使电流恢复时间增加，降低di_r/dt。在电流从反向峰值逐渐恢复至零的过程中，从p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域流入n型掺杂的阴极区22的电子逐渐减少，即电子电流逐渐减小。当反向恢复电流已经比较低的时候，p型掺杂的阴极区25与p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电位差会小于0.7 V，p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴的阶段结束。

需要说明的是，增加p型掺杂的阴极区25的掺杂剂量、p型掺杂的阴极区25的宽度或p型掺杂的阴极区25的个数都可以提高p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴的能力，从而进一步降低di_r/dt。比如，增加p型掺杂的阴极区25的宽度，会让反向恢复过程中电子从p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域流入n型掺杂的阴极区22的路径增加，从而增加了该路径上的电阻，使p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴的阶段在更小的负电流下才结束，di_r/dt能进一步降低。

还要特别说明的是，第二种功率二极管结构在反向恢复过程中p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴的机理与场电荷抽取二极管（Field Charge ExtractionDiode, FCE Diode）存在差异。第二种功率二极管的阳极结构与场电荷抽取二极管中的阳极结构的主要区别在于，引入了顶部包围了n型掺杂的截止环27的第一阴极短接槽栅结构，这使得反向恢复过程中p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电子流入n型掺杂的阴极区22的路径带来差异。在反向恢复过程中，第二种功率二极管结构中p型掺杂的阴极区25上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电子不是直接经过n型掺杂的缓冲区23流入n型掺杂的阴极区22，而是需要经过n型掺杂的阴极区22上方附近的n型掺杂的漂移区28区域流入n型掺杂的阴极区22。随着电子从体内被抽出，n型掺杂的阴极区22上方附近的n型掺杂的漂移区28区域的电子浓度降低，其电阻会显著增加，p型掺杂的阴极区25就能自动向n型掺杂的漂移区28注入空穴。因此，第二种功率二极管结构只需要很短的p型掺杂的阴极区25就能实现注入空穴的功能，因而电流在器件内部能比较均匀。然而，场电荷抽取二极管需要很长的p型掺杂的阴极区25来增加n型掺杂的缓冲区23的电阻，从而使p型掺杂的阴极区25实现注入空穴的功能，因而电流在该器件内部会不太均匀。

实施例3

如图3所示，为第三种功率二极管的结构示意图。从图中可以看出，第三种功率二极管在第二种功率二极管中引入了第二阴极短接槽栅结构，而第二阴极短接槽栅结构包括第二绝缘介质层36和被第二绝缘介质层36包围的第二导体区38，第二阴极短接槽栅结构从器件背面向上深入所述n型掺杂的漂移区390，第二阴极短接槽栅结构的顶部区域被所述第二n型掺杂的截止环393包围，第二阴极短接槽栅结构的侧面与n型掺杂的漂移区390、n型掺杂的缓冲区33以及n型掺杂的阴极区32均直接接触且不与p型掺杂的阴极区31直接接触，第二导体区38上覆盖有阴极导体30并与阴极导体30形成欧姆接触并连接至阴极K。

第二阴极短接槽栅结构位于n型掺杂的阴极区32所在的区域，而不与p型掺杂的阴极区31直接接触。第二阴极短接槽栅结构的作用是为了减缓包围了第一阴极短接槽栅结构的顶部区域的n型掺杂的截止环39处的电场集中效应。

实施例4

如图4所示，为第四种功率二极管的结构示意图。从图中可以看出，第四种功率二极管在第二种功率二极管的基础上引入了第三阴极短接槽栅结构。而其中第三阴极短接槽栅结构包括第三绝缘介质层48和被第三绝缘介质层18包围的第三导体区46，第三阴极短接槽栅结构从器件背面向上深入所述n型掺杂的漂移区492，第三阴极短接槽栅结构的顶部区域被所述第三n型掺杂的截止环493包围，第三阴极短接槽栅结构的侧面与n型掺杂的漂移区492、n型掺杂的缓冲区44以及p型掺杂的阴极区42均直接接触且不与n型掺杂的阴极区43直接接触。第三导体区上覆盖有阴极导体40并与阴极导体40形成欧姆接触并连接至阴极K。

第三阴极短接槽栅结构位于p型掺杂的阴极区42所在的区域，而不与n型掺杂的阴极区43直接接触。第三阴极短接槽栅结构的作用也是为了减缓包围了第一阴极短接槽栅结构的顶部区域的n型掺杂的截止环49处的电场集中效应。根据图3和图4，也很容易知道，第二种功率二极管也可以同时含有第一阴极短接槽栅结构、第二阴极短接槽栅结构和第三种阴极短接槽栅结构。当上述阴极短接槽栅结构均匀的排列时，能够使这些阴极短接槽栅结构上的对应的n型掺杂的截止环上的电场尽量均匀，避免击穿电压显著降低。

为了说明本发明的功率二极管的优越性，这里以第一种功率二极管与第二种功率二极管进行仿真对比（其中为了便于描述均采用图2中所示的标注）。仿真中采用了第一种功率二极管结构和第二种功率二极管结构的半个元胞（宽度是8 μm）；采用的是Si材料；电子和空穴的少子寿命均为0.2 μs；第一绝缘介质层26采用的是SiO₂，其厚度为50 nm，n型掺杂的漂移区28的厚度和掺杂浓度分别为105 μm和6×10¹³ cm^-3；n型掺杂的缓冲区23的厚度和峰值掺杂浓度分别为1.4 μm和5×10¹⁶ cm^-3；第一阴极短接槽栅结构的宽度和深度均分别为1 μm和3 μm，第一导体区24采用重掺杂的n型多晶硅；n型掺杂的截止环27的峰值掺杂浓度为5×10¹⁶cm^-3，扩散长度为0.4 μm；n型掺杂的阴极区22的宽度、厚度和峰值掺杂浓度分别为4 μm、0.6 μm和3×10¹⁸ cm^-3；p型掺杂的阴极区25的宽度、厚度和峰值掺杂浓度均分别为3 μm、0.6 μm和3×10¹⁸ cm^-3；第一种功率二极管中n型掺杂的阴极区12的宽度、厚度和峰值掺杂浓度分别为8 μm、0.6 μm和3×10¹⁸ cm^-3；第一种功率二极管结构中p型掺杂的阳极区14的宽度、厚度和峰值掺杂浓度分别为8 μm、2 μm和3×10¹⁸ cm^-3；第二种功率二极管结构中p型掺杂的第一阳极区290的宽度、厚度和峰值掺杂浓度均分别为4 μm、2 μm和3×10¹⁸cm^-3；第二种功率二极管结构中p型掺杂的p型掺杂的第二阳极区29的宽度、厚度和峰值掺杂浓度均分别为4 μm、1 μm和5.5×10¹⁶ cm^-3（掺杂剂量为2×10¹² cm^-2）；第二种功率二极管结构中p型掺杂的第二阳极区29与阳极导体21形成的接触采用了肖特基接触，该肖特基接触的势垒高度为0.4 eV。

如图5所示，第一种功率二极管与第二种功率二极管的击穿I-V曲线。从中可以看到，第二种功率二极管的击穿电压（1616 V）与第一种功率二极管的击穿电压（1663 V）十分接近。第二种功率二极管的击穿电压稍低于第一种功率二极管的击穿电压，主要原因是n型掺杂的截止环27存在一定的电场集中效应。

如图6所示，第一种功率二极管与第二种功率二极管的反向恢复电流波形。其中也给出了第二种功率二极管结构中流经p型掺杂的阴极区25的空穴电流的波形，二极管的有源区面积为0.25 cm²，外加电压源电压为1000 V，阳极A上串联的寄生电感为10 nH。从图中可以得出，第一种功率二极管的反向恢复电荷（即图中电流为负值这一段波形所围的面积）为5.48 μC，第二种功率二极管的反向恢复电荷为1.85μC，降低了66%。由第二种功率二极管中流经p型掺杂的阴极区25的空穴电流的波形可以看到，第二种功率二极管在反向恢复电流较大的阶段存在空穴电流为正值的阶段，这个阶段即对应p型掺杂的阴极区25向n型掺杂的漂移区28注入空穴的阶段。由于有p型掺杂的阴极区25的空穴注入，第二种功率二极管的电流从反向恢复峰值回升至0的过程比第一种功率二极管更为缓慢。于是，第二种功率二极管几乎没有电流震荡，而第一种功率二极管有较为明显的电流震荡。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。