[发明专利]光学隔离系统和电路以及具有延伸横向P-N结的光子检测器

说明书

所公开的实例包含横向光伏传感器(100)和系统，其具有：一或多个半导体结构(101、103)，所述一或多个半导体结构单独地包含横向传感器表面(107b)以接收给定波长(λ)的光子；以及延伸横向结区，其具有大于5乘以对应于所述给定波长(λ)的所述半导体结构的吸收深度的有效结距离(D)，以促进高电流传送比率以供用于低噪声、高效率电力供应应用以及光学隔离数据传送或光子检测器应用。

背景技术

隔离电路用于跨越电隔离屏障的数据和/或电力传送以互连由并不共享共用接地连接的不同电源供电的电气系统。变压器隔离方法涉及开关电路和磁场，并且所引起的电磁干扰(EMI)在某些应用中可能是不期望的。另外，变压器隔离通常需要额外的变压器组件并且这些解决方案需要大量的电路面积并且是昂贵的。电容耦合或交流耦合可用于提供用于数据发射的隔离，但是基于电容器的隔离解决方案通常涉及吸收信号能量并且引起不佳电力效率的寄生电容。另外，由于厚层的表面介电质的需要，使用电容耦合实施高压崩溃电压额定值是昂贵的。光学隔离避免了与变压器隔离相关联的EMI和电路面积问题，方法是使用光经由光子发射器(例如，发光二极管或LED)、接收器或例如光伏二极管(PVD)的传感器和光学耦合材料在电隔离电路之间传送电力/信号。光学耦合装置或光耦合器通常在PV二极管上方堆叠LED光源，具有在两者之间的玻璃或其它透明材料以将光子能量垂直地向下发射到PVD传感器的顶部。此外，高崩溃电压隔离额定值可以仅通过增大LED与PVD之间的距离获得，引起有时不可接受的垂直装置高度。一些高隔离电压光耦合器使用将光从LED反射到光电二极管的反射拱顶，所述反射拱顶是并排放置的以用于通过LED的向上发射和通过光电二极管的向下接收。在这些常规的光电耦合器方法中，光子路径垂直于硅装置的表面。LED光源通常在红外波长处或附近提供光信号，并且光耦合器通常遭受不佳电力效率(例如，电流传送比或表示输入电流与输出电流的比率的CTR)。另外，由于发射器与检测器之间的电容耦合，在垂直构造中遭受普通模式瞬态隔离(CMTI)。相应地，常规的光学隔离技术并不提供用于许多电力传送应用的足够的解决方案。

发明内容

所公开的实例包含横向光伏传感器和系统，以及具有包含横向传感器表面以接收给定波长的光子的半导体结构的光学隔离电路，及具有超过对应于给定波长的半导体材料的吸收深度的有效结距离以促进跨越电隔离屏障的高效率的数据和/或电力传输的延伸横向结区。在某些实例中，横向延伸p-n结通过p掺杂区中的多个经扩散的或植入的n掺杂区形成以形成贯穿横向有效结距离安置的一系列p-n结。延伸单一或分割p-n结与垂直光电二极管结构相比提供了显著增大光子俘获概率以促进多种应用中的高效率和电流传送比率。用于高速信号信息的光学隔离的进一步所公开的实例包含光学传感器电路以沿横向光学路径使用具有施加偏压的猝灭电路以向横向延伸p-n结施加偏压到接近雪崩的横向延伸p-n结阵列感测给定波长的光信号。在此应用中单个光子的俘获引起p-n结传导电流的雪崩引起直接放大。

附图说明

图1是根据实施例的光学隔离集成电路的截面侧视图，所述光学隔离集成电路包含LED光源和横向光受体二极管传感器，所述横向光受体二极管传感器具有半导体结构，所述半导体结构具有在模制封装结构的内部腔室中贯穿延伸有效p-n结距离的多个横向地间隔开的p-n结提供用于电隔离的光学路径。

图2是具有LED光源和横向光电二极管传感器的另一光学隔离IC实施例的截面侧视图，包含形成于封装腔室的凹形表面上的反射涂层。

图3是具有放置在LED光源与横向光电二极管传感器之间的玻璃或塑料光传输介质的另一光学隔离IC实施例的截面侧视图。

图4是具有包含两个垂直堆叠的横向光电二极管半导体结构的光传感器的另一光学隔离IC实施例的截面侧视图，所述半导体结构单独地包含多个p-n结以形成横向多级光伏(LMSPV)光传感器。

图5是图4的光传感器中的光学接收的部分截面侧视图。

图6是具有包含四个垂直堆叠的横向光电二极管半导体结构的光传感器的另一光学隔离IC实施例的截面侧视图，所述半导体结构单独地包含单个延伸p-n结。