[发明专利]高电容双向瞬态电压抑制器

说明书

一种用于电子器件数据引脚的双向瞬态电压抑制器（TVS）电路在某些实施例中，包含两组转向二极管和一个二极管触发的箝位器件。在其他实施例中，一种用于电子器件数据引脚的双向瞬态电压抑制器（TVS）电路包含两组转向二极管和，每组都带有一个与转向二极管合并的一个箝位器件。该TVS电路用于实现受保护节点处的低电容，改善电压箝位，在浪涌事件时提供强劲的保护。在某些实施例中，该TVS电路通过完全或几乎完全耗尽在工作电压范围内连接到受保护节点P‑N结，实现了受保护节点处的低电容。在这种情况下，该TVS电路不存在受保护数据引脚的不必要的寄生电容，尤其是当数据引脚用于高速应用时。

技术领域

本发明涉及一种高电容双向瞬态电压抑制器。

背景技术

电压和电流瞬变是电子系统中集成电路故障的主要诱因。瞬变来自于系统内部和外部的各种来源。例如，瞬变的常见来源包含电源的正常开关操作、交流线路波动、雷电浪涌以及静电放电(ESD)等。

瞬态电压抑制器(TVS)常用于保护集成电路不受集成电路中的瞬态或过电压现象造成的损坏。过电压保护对于消费设备或物联网设备来说非常重要，因为这些电子设备暴露于频繁的人工操作，因此可能容易受到ESD或瞬态电压事件的影响，对设备造成损坏。

尤其是电源引脚和电子器件的数据引脚都要求对ESD事件或开关和雷电瞬态事件造成的过电压情况提供保护。通常来说，电源引脚要求高浪涌保护，但可以承受较高电容的保护设备。同时，数据引脚可以在很高的数据速度下工作，需要保护设备用低电容提供浪涌保护，而不会影响受保护的数据引脚的数据速度。

现有的用于高速应用中输入/输出(I/O)终端的TVS保护方案，存在于垂直型和水平型的半导体电路结构中。在传统的垂直非定向结构中，发生ESD时，I/O电流从高端和低端转向二极管中流出，垂直流向地。然而，当这些垂直结构用于传统的双向TVS时，I/O电流垂直流动，然后通过第二个I/O端，水平流向地。由于电流水平流动，垂直电流和水平电流通路之间的寄生电阻会增大，从而降低了箝位电压。

发明内容

本发明提供一种高电容双向瞬态电压抑制器，用于实现受保护节点处的低电容，改善电压箝位，在浪涌事件时提供强劲的保护。

为了达到上述目的，本发明提供一种双向瞬态电压抑制器TVS器件，包含：

一个半导体层，包含一个第一导电类型N的第一外延层，导电类型相反的第一掩埋层和第二掩埋层形成在所选区域的第一外延层上，第一导电类型的第二外延层形成在第一掩埋层和第二掩埋层上；

多个有源区，其形成在半导体层中，有源区通过隔离结构相互隔离；

一个形成在第一有源区中的第一二极管，一个形成在第二个有源区中的第二二极管，第一有源区和第二有源区都形成在半导体层的一个区域中，该区域包含与第一导电类型相反的第二导电类型P的第二掩埋层，每个第一二极管和第二二极管都包含一个形成在第二外延层中的第二导电类型的第一区域，第一区域为第一二极管的阳极，第二外延层为第一二极管的阴极，其中每个第一有源区和第二有源区中的第二掩埋层和第一外延层、第二外延层在0V偏压下基本耗尽，降低了各自二极管阳极处的垂直寄生电容；

一个箝位器件，形成在多个有源区的第三个有源区中，第三个有源区形成在半导体层的一个区域中，该区域包含第一导电类型的第一掩埋层，箝位器件包含一个连接二极管的NMOS晶体管，与具有阳极、阴极和栅极的二极管触发的可控硅整流器(SCR)集成在一起；

其中第一个二极管的阳极耦合到第一个受保护的节点上，第二个二极管的阴极耦合到第二个受保护的节点，第一个二极管的阴极耦合到SCR的阳极，第二个二极管的阳极耦合到SCR的阴极，根据其中一个受保护节点上加载的电压超过第一电压电平，二极管连接的NMOS晶体管触发SCR处的电流，SCR在相应受保护的节点上将电压箝制在箝位电压。