一种功率器件、其制造方法及其使用方法与流程

本发明涉及电子元件，具体为一种功率器件、其制造方法及其使用方法。

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，或者将小电压试信号放大为大电压试信号；功率器件的主要类型包括整流器、晶闸管、功率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，开关应用无疑是最重要的一环，传统的开关器件基于源极、漏极和栅极三个电极的结构，源极和漏极之间的电流流动，由栅极来进行控制。目前的功率器件通常采用半导体材料制造，例如硅材料，电流的流动是由半导体材料中的电子和空穴传输实现的，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，提高器件的击穿电压通常需要增加器件的导通电阻，故一个器件难以同时满足高击穿电压和低导通电阻的要求，同样，提高开关速度，器件的击穿电压低，导通电阻高。因此，在传统的半导体器件中，击穿电压、导通电阻及开关速度三者不可能同时达到最优；另外，半导体器件在反向截止时候有伴随一定的漏电流，并且在高温条件下也会有漏电流，并且，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。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种功率器件、其制造方法及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的：功率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，另外，半导体器件在反向截止时候有一定的漏电流，并且在高温条件下也会有漏电流的现象发生，并且，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。

2、为实现上述目的，根据本发公开的一个方面，提供了一种功率器件，其特征在于，包括：

3、下电极；

4、绝缘支撑体，所述绝缘支撑体若干间隔设置于所述下电极的上方，相邻所述绝缘支撑体之间形成腔体，所述腔体内填充有纳米磁性导电材料，所述腔体的侧壁设有导电部，所述导电部与所述下电极电连接；

5、上电极，所述上电极设置于所述绝缘支撑体的上方，所述上电极与所述导电部之间存在间隙，所述纳米磁性导电材料的高度大于所述间隙的高度并小于所述腔体的高度；

6、绝缘层，所述绝缘层设置于所述上电极的上方；

7、控制极，所述控制极设置与所述绝缘层的上方，所述控制极用于向所述纳米磁性导电材料施加磁性吸引力或磁性排斥力，所述控制极向所述纳米磁性导电材料施加磁性吸引力时所述纳米磁性导电材料向所述上电极移动，电连通所述上电极和所述导电部，所述控制极向所述纳米磁性导电材料施加磁性排斥力时，所述纳米磁性导电材料向所述下电极移动，所述导电部与所述上电极之间的电连接断开。

8、在一种可能的实现方式中，所述功率器件还包括：

9、衬底，所述下电极设置于所述衬底的上方。

10、在一种可能的实现方式中，所述导电部的高度大于所述腔体高度的一半，所述纳米磁性导电材料的高度小于或等于所述腔体高度的一半。

11、在一种可能的实现方式中，所述纳米磁性导电材料的表面设有金属层。

12、根据本公开实施例的另一方面，提供了一种功率器件的制造方法，所述制造方法用于制造如上述任意一项所述的一种功率器件，所述制造方法包括：

13、在衬底上生成下电极，所述下电极上方生成有绝缘支撑层；

14、腐蚀所述绝缘支撑层形成若干间隔设置的绝缘支撑体，使相邻所述绝缘支撑体之间形成腔体；

15、在所述腔体内形成位于绝缘支撑体的至少一侧壁上的导电部，所述导电部与所述腔体顶部具有间隙，所述导电部与所述下电极电连接；

16、在所述腔体内填充纳米磁性导电材料，所述纳米磁性导电材料的高度大于所述间隙的高度并小于所述腔体的高度，所述衬底、下电极、绝缘支撑体和纳米磁性导电材料形成第一部分结构；

17、在绝缘基底上生成控制极；

18、所述控制极上生成有绝缘层，所述绝缘层上生成有上电极，所述绝缘基底、控制极、绝缘层和上电极形成第二部分结构；

19、将所述第一部分结构和所述第二部分结构真空烧结，使所述上电极与所述绝缘支撑体连接形成整体；

20、去掉所述绝缘基底，腐蚀所述控制极及腐蚀所述绝缘层形成避空部，以露出所述控制极和所述上电极。

21、在一种可能的实现方式中，所述制造方法还包括：

22、按照封装最小单元切割形成独立的功率器件，并且去掉所述衬底。

23、在一种可能的实现方式中，所述腔体避开所述避空部的下方设置。

24、在一种可能的实现方式中，所述在所述腔体内形成位于所述腔体侧壁的导电部的步骤，具体包括：

25、在所述腔体内淀积金属，然后腐蚀所述金属，形成所述导电部。

26、在一种可能的实现方式中，在所述腔体内填充纳米磁性导电材料的步骤之前，还包括：

27、给所述磁性材料的表面电镀金属层

28、根据本公开实施例的另一方面，提供了一种功率器件的使用方法，其特征在于，所述使用方法应用于如上述任意一项所述的一种功率器件，所述使用方法包括：

29、控制极加吸引纳米磁性导电材料的电压，纳米磁性导电材料被吸引到上电极，使得上电极和导电部被纳米磁性导电材料联通，功率器件开启；

30、控制极加排斥纳米磁性导电材料的电压，纳米磁性导电材料被排斥到下电极，使得上电极和导电部断开联通，功率器件关断。

31、本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

32、在本发明实施例提供的一种功率器件，通过在控制极加吸引纳米磁性导电材料的电压，此时纳米磁性导电材料被吸引到上电极，使得上电极和导电部被纳米磁性导电材料联通，功率器件开启；通过在控制极加排斥纳米磁性导电材料的电压，此时纳米磁性导电材料被排斥到下电极，使得上电极和导电部断开联通，功率器件关断，从而实现功率器件的开关功能。通过将纳米磁性导电材料作为导电介质，用吸引和排斥的方式控制器件的开关，纳米尺度下的磁性材料允许器件有更高的击穿电压，同时，由于材料可以快速响应电场变化，因此也能够提高开关速度，同时，由于纳米磁性导电材料对电流、电压冲击的抵抗能力强，这也大大提高了元器件的稳定性和可靠性，所以通过采用纳米磁性导电材料来替代半导体材料，制造开关功率器件，可以有效解决传统半导体材料带来的高温漏电，导通电阻大，可靠性差等等问题。

33、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。