專(zhuān)利名稱(chēng)：硅過(guò)壓保護(hù)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硅半導(dǎo)體器件，特別是一種具有PNPN四層二極結(jié)構(gòu)的硅過(guò)壓保護(hù)管。
背景技術(shù)：
目前，在汽車(chē)交流發(fā)電機(jī)上應(yīng)用的雪崩整流管，是一種較先進(jìn)的過(guò)壓保護(hù)器件。所述雪崩整流管具有反向過(guò)壓保護(hù)功能，可保護(hù)車(chē)上電器設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)安全運(yùn)行。雪崩整流管PN結(jié)加上一定反向偏壓時(shí)，管子就被擊穿，反向偏壓降低或消失后，PN結(jié)又能恢復(fù)到正常狀態(tài)。雪崩整流管的伏安特性如圖3所示。應(yīng)用中，在交流發(fā)電機(jī)電壓產(chǎn)生異常波動(dòng)，峰值電壓超過(guò)雪崩電壓時(shí)，超出部分可被雪崩整流管削減或斬波，脈沖過(guò)后，雪崩整流管恢復(fù)正常狀態(tài)。但是，雪崩整流管工作時(shí)存在著反向轉(zhuǎn)折可靠性差、耗散功率大等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種耗散功率低、可靠性好的硅過(guò)壓保護(hù)管。
本發(fā)明硅過(guò)壓保護(hù)管具有一塊硅芯片、一個(gè)陽(yáng)極和陰極，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構(gòu)成，P1層連接陽(yáng)極，N2層連接陰極，特別是陰極還與P2層有短路連接。
上述陰極可以通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)與P2層短路連接，也可以通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)和處在N2層邊外的短路環(huán)同時(shí)與P2層短路連接。
上2層中的短路點(diǎn)可以有1-100點(diǎn)/CM2，處在N2層邊外的短路環(huán)寬可以為0.1-2mm；上述硅過(guò)壓保護(hù)管轉(zhuǎn)折電壓可以為18-70v。
本發(fā)明工作時(shí)，陽(yáng)極、陰極間加上一定正向電壓(超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓)時(shí)，即導(dǎo)通，陽(yáng)極、陰極間的電壓迅速下降到1v左右，顯然其耗散功率較低。而在平時(shí)(正向電壓小于轉(zhuǎn)折電壓)情況下，由于陰極與P2層有短路連接，過(guò)P2-N1結(jié)的反向漏電流或熱漏電流，經(jīng)短路點(diǎn)或短路環(huán)被及時(shí)吸收，使N1P2N2的電流放大系數(shù)α2很難增大到一定數(shù)值，所以該管子不會(huì)產(chǎn)生誤導(dǎo)通，可靠性較好，而且管子工作結(jié)溫可達(dá)200℃，具有很好的高溫特性。


圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
圖2為圖1實(shí)施例的俯視圖。
圖3為雪崩整流管的伏安特性圖。
圖4為本發(fā)明的伏安特性圖。
如圖1所示，所述硅過(guò)壓保護(hù)管具有一塊硅芯片、一個(gè)陽(yáng)極A和陰極K，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結(jié)構(gòu)，有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)，陽(yáng)極A和陰極K由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜2構(gòu)成，P1層連接陽(yáng)極A，N2層連接陰極K，陰極K通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)1和處在N2層邊外的短路環(huán)3同時(shí)與P2層短路連接。所述短路點(diǎn)，為N2層中所設(shè)的能使陰極K的金屬薄膜通過(guò)與P2層短路連接的孔點(diǎn)；所述短路環(huán)，為P2層外邊緣面上所沉淀積的金屬薄膜環(huán)。金屬薄膜與P1層、P2層、N2層均為歐姆接觸。
在圖3中，Io為工作電流，VB′為反向轉(zhuǎn)折電壓，該管子的耗散功率為Px＝VB·Io，而VB＞VB′，一般VB＝30-80v。
在圖4中，Io為工作電流，VF為Io點(diǎn)時(shí)的電壓，VB′為轉(zhuǎn)折電壓，而該管子的耗散功率為Pa＝VF·Io，一般VF＝1-1.4v。
因此，從圖3、圖4可以知道，本發(fā)明的耗散功率Pa比雪崩整流管的耗散功率Px小很多。Px/Pa為20倍以上，即保護(hù)效能在相同條件下提高20倍以上。
上述硅過(guò)壓保護(hù)管在陽(yáng)極A、陰極K間加上一定正向電壓(超過(guò)轉(zhuǎn)折電壓)時(shí)，陽(yáng)極A、陰極K間的電壓便迅速下降，正向電壓降低后，即恢復(fù)正常狀態(tài)而不會(huì)被損壞。在陽(yáng)極A、陰極K間加負(fù)電位時(shí)，該管子即處于反向阻斷狀態(tài)，而在平常(正向電壓小于轉(zhuǎn)折電壓)情況下，該管子即處于正向阻斷狀態(tài)，并且由于陰極與P2層有短路連接，過(guò)P2-N1結(jié)的反向漏電流或熱漏電流，會(huì)經(jīng)短路點(diǎn)或短路環(huán)被及時(shí)吸收，管子就很難產(chǎn)生誤導(dǎo)通。所以該管子可靠性較好，而且不易損壞。
具體實(shí)施例方式
一種硅過(guò)壓保護(hù)管，具有一塊硅芯片、一個(gè)陽(yáng)極A和陰極K，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結(jié)構(gòu)，有J1、J2、J3三個(gè)PN結(jié)，陽(yáng)極A和陰極K由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜2構(gòu)成，P1層連接陽(yáng)極A，N2層連接陰極K，陰極K通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)1和處在N2層邊外的短路環(huán)3與接P2層短路連接。
上述硅過(guò)壓保護(hù)管與一般可控硅是不同的，雖然它們的PN結(jié)排列結(jié)構(gòu)相同，但所述硅過(guò)壓保護(hù)管沒(méi)有控制極。而且陰極K通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)1和處在N2層邊外的短路環(huán)3與P2層短路連接，使得在平常(正向電壓小于轉(zhuǎn)折電壓)情況下，過(guò)P2-N1結(jié)的反向漏電流或熱漏電流，經(jīng)短路點(diǎn)和短路環(huán)被及時(shí)吸收，誤導(dǎo)通不易產(chǎn)生。
如圖1、圖2所示，本實(shí)施例管子的轉(zhuǎn)折電壓為20-27v，選用的硅片厚度為0.3mm，電阻率為0.25-0.3Ω·cm。陰極K通過(guò)分布在N2層中的5個(gè)短路點(diǎn)和處在N2層邊外的短路環(huán)與P2層短路連接。在N2層邊外為上述陰極K連接的金屬薄膜短路環(huán)與P2層外邊緣面短路連接，該短路環(huán)寬為0.3mm。上述短路點(diǎn)在N2層正中設(shè)一點(diǎn)，在N2層邊緣面上均勻設(shè)4點(diǎn)，金屬薄膜穿過(guò)N2層中分布的5個(gè)短路點(diǎn)與P2層短路連接，短路點(diǎn)孔徑為0.15mm。
雖然，上述實(shí)施例中的陰極K是由分布在N2層中的短路點(diǎn)1和處在N2層邊外的短路環(huán)3同時(shí)與P2層短路連接。但是，在實(shí)踐中，陰極K只由分布在N2層中的短路點(diǎn)1與P2層短路連接同樣也是可行的。此外，本發(fā)明的轉(zhuǎn)折電壓可以為18-70v。
本發(fā)明由于具有耗散功率低、過(guò)壓保護(hù)可靠性好的特點(diǎn)。因此特別適于在汽車(chē)上應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種硅過(guò)壓保護(hù)管，具有一塊硅芯片、一個(gè)陽(yáng)極和陰極，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構(gòu)成，P1層連接陽(yáng)極，N2層連接陰極，其特征是陰極還與P2層有短路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅過(guò)壓保護(hù)管，其特征是所述陰極通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)與P2層短路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅過(guò)壓保護(hù)管，其特征是所述陰極通過(guò)分布在N2層中的短路點(diǎn)和處在N2層邊外的短路環(huán)同時(shí)與P2層短路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的硅過(guò)壓保護(hù)管，其特征是上述N2層中的短路點(diǎn)有1-100點(diǎn)/CM2。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的硅過(guò)壓保護(hù)管，其特征是上述N2層中的短路點(diǎn)有1-100點(diǎn)/CM2，處在N2層邊外的短路環(huán)寬為0.1-2mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅過(guò)壓保護(hù)管，其特征是上述硅過(guò)壓保護(hù)管轉(zhuǎn)折電壓為18-70v。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種具有PNPN四層二極結(jié)構(gòu)的硅過(guò)壓保護(hù)管。它包括一塊硅芯片、一個(gè)陽(yáng)極和陰極，硅芯片為P1－N1－P2－N2四層排列結(jié)構(gòu)，陽(yáng)極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構(gòu)成，P1層連接陽(yáng)極，N2層連接陰極，陰極與P2層有短路連接。具有耗散功率低、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L29/861GK1532949SQ200310114058
公開(kāi)日2004年9月29日 申請(qǐng)日期2003年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月7日
發(fā)明者周立敬 申請(qǐng)人:周立敬