[实用新型]一种集成射频、静电防护器件的火工品换能元

说明书

本实用新型公开了一种集成射频、静电防护器件的火工品换能元，至少包括衬底层以及在该衬底层上形成的外延层，在所述外延层中形成两个独立注入区以形成两个PN结；绝缘层设置在所述外延层上并在所述注入区上形成缺口；所述绝缘层上设置换能元并与所述注入区电气连接使两个PN结形成并联支路，所述换能元形成电极层以与外部电路相连接。本实用新型采取外延片结构，靠穿通击穿机理穿通击穿外延层，靠重掺杂衬底短路来实施旁路保护。由于采用不同的穿通保护机理，可以按照需求，向专业的外延片供应商定制所需要的外延片厚度和电阻率，来到达所需的保护电压，简化了对后续集成火工品制作对工艺参数的控制要求。

技术领域

本实用新型涉及火工品换能元件技术领域，尤其涉及一种集成射频、静电防护器件的火工品换能元。

背景技术

火工品是武器系统中传火传爆序列的首发元件，具有功能首发性、作用敏感性、使用广泛性和作用一次性的特点，决定武器系统最终效能。因此，安全性可靠性是衡量和评价火工品性能的重要指标。

为解决火工品在电磁环境下的安全性和可靠性问题，美国从20世纪60 年代起就开始武器系统及火工品的抗电磁干扰能力制定了一系列标准， Mil-STD-461C将电磁环境的内涵定义为电磁辐射(EMR)、电磁干扰(EMI)、电磁脉冲(EMP)、静电(ESD)、雷管(LE)和电源瞬变(PST)，规定引信、军械系统和航天飞行器用火工装置在上述六种电磁环境中均需保证安全。

随着现代武器、弹药等爆炸装置及系统所处的电磁环境日益复杂和恶化，这些武器、弹药中的电火工品通过引线及耦合作用等接收、拾取的电磁能量，导致意外起爆或性能降低的风险日渐增大，带来的安全性和可靠性隐患。在射频(RF：300kHz-30GHz)和静电(ESD)能量较小的情况下，不足以引起火工品发火，但其热累积效应会使火工品的性能恶化，如爆炸药剂发生热分解引起性能变化，从而失去正常工作的可靠性，造成瞎火、发火延迟、钝感等。在电磁干扰能量积累到一定程度，就会造成火工品的意外发火起爆，威胁武器和人员安全。特别是对低发火能量(～1.0mJ)半导体桥SCB火工品，有必要对其进行ESD及RF防护。

申请人团队一直致力于火工品换能元防护领域的研究，针对现有技术中通常基于火工品换能元搭建保护电路或系统进行ESD及RF防护存在体积大、抗干扰能力差的技术问题，申请人提出一种单片集成钝感火工品换能元芯片(申请号：2019104017080)，通过标准的半导体工艺将火工品换能元及其双向的射频(RF)和静电(ESD)防护器件集成在同一硅片衬底上实现单片集成。标准的半导体工艺可实现大规模可制造性，从而保证了质量的一致性，是实现高安可、低成本火工品的一条途径。该专利技术方案中，防护器件采用可控硅晶闸管结构的半导体放电管，它的结构是一种五层双端对称双向晶闸管。然而，该方案存在工艺制作复杂，工艺参数不易控制等不足。

故，针对现有技术的缺陷，实有必要提出一种技术方案以解决现有技术存在的技术问题。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种集成射频、静电防护器件的火工品换能元，采取外延片结构，靠穿通击穿机理穿通击穿外延层，靠重掺杂衬底短路来实施旁路保护。由于采用不同的穿通保护机理，可以按照需求，向专业的外延片供应商定制所需要的外延片厚度和电阻率，来到达所需的保护电压，简化了对后续集成火工品制作对工艺参数的控制要求。

为了解决现有技术存在的技术问题，本实用新型的技术方案如下：

一种集成射频、静电防护器件的火工品换能元，至少包括衬底层以及在该衬底层上形成的外延层，在所述外延层中形成两个独立注入区以形成两个PN 结；绝缘层设置在所述外延层上并在所述注入区上形成缺口；所述绝缘层上设置换能元并与所述注入区电气连接使两个PN结形成并联支路，所述换能元形成电极层以与外部电路相连接。

作为进一步的改进方案，所述衬底层采用N型重掺杂衬底，所述外延层为 N-外延层，所述注入区为所形成PN结的P区。