[实用新型]固体放电二极管

说明书

本实用新型是一种电流型硅浪涌保护器件，属于半导体晶闸管技术领域。

固体放电管是一种用作通信机、数据传送机和半导体集成电路等的保护器。现有的固体放电管通常采用台面结构或采用限压环、等势环结构，台面结构的器件工艺复杂，需采用玻璃钝化技术，采用限压环，等势环结构的器件因结构复杂而不利于提高成品率。

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种结构简单、制作工艺简便的固体放电二极管，具有生产成本低，成品率高等特点，便于在国内推广应用。

本实用新型采用双向二端硅复合可控硅结构，可由n型硅底、硼扩散区和磷扩散区组成，其特点是两个硼扩散区位于衬底正反两面，两个磷扩散区位于两个硼扩散区内的两侧，两个磷扩散区内有均匀分布的圆形短路点，整个器件构成旋转180°的轴对称结构。圆形短路点的圆心位置可以呈正三角形分布，也可以呈正方形分布。为了解决起始触发电流的均匀性问题，磷扩散区两侧边缘相对于短路点为半圆形结构。

本实用新型与现有技术相比，具有结构和工艺简单、成本低和成品率高等优点，不需要用分压环，截止环和玻璃钝化技术。与气体放电管相比，具有响应快、漏电小、绝缘电阻大、性能稳定、电流容量大和寿命长等优点，可用于对雷击、电力感应和电力线碰触而有可能损坏设备的保护，例如各种通信机(电子交换机、程控交换机、传真机、无线机等)、数据传送机的防雷浪涌保护，通信电路的交流线混触保护，以及各种集成电路(IC)和超大规模集成电路(LSI)等半导体器件的保护。

图1为本实用新型的结构示意图；图2为实施方案的平面结构示意图；图3为器件的电流-电压(I-V)特性曲线图。

本实用新型可采用附图所示的方案实现。如图1所示，根据V_BR要求，可选用一定电阻率、晶向为(111)和n型双面抛光硅片n₃；经过一次氧化，采用双面光刻技术刻出双面硼扩散区，采用微晶硼扩散源扩散形成双面硼扩散区P₂和P₄，再采用双面光刻技术，以三氯氧磷(POCl3)液态源扩散形成磷扩散区n₁和n₅，第三次双面光刻刻出引线孔，再双面金属化，其中一面可以为铝(Al)层；另一面可以为多层金属，如铬镍金(CrNiAu)，再通过双面光刻形成金属内电极；最后采用双面封装技术进行烧焊封装。封装可用采两种方式实现，第一是采用塑封，将多层电极一面用铅锡合金烧焊在底座上，另一面用硅铝丝超声压焊，使铝电极与管脚相连，然后塑封。第二是采用金属电极烧焊，用铅锡合金烧焊，先烧好一面，再烧另一面，形成电极T₁和T₂。图2中的A-A’为剖面位置，Y-Y’为旋转180°对称轴，(1)为正三角形分布的短路点，(2)为半圆形的磷扩散区边缘，(3)为硼扩散区，(4)为n硅衬底，图1中的(5)为内电极，(6)为SiO₂。衬底也可采用P型硅，此时两个掺硼区位于两个掺磷区内的两侧。当图1中的T1端加正电压、T₂端加负电压时，其I-V特性如图3中的第一象限所示。当外加电压V未达到其击穿电压V_BR时，固体放电二极管呈现高阻(10⁹～10¹⁰Ω)，漏电电流极小(50V时小于1μA)；当V≥V_BR时，电流陡增；当V达到转折电压V_Bo时，进入负的微分电导区(dI/dV＜0)，此时电流极大，导通电阻极小。随着浪涌电压减小，通过器件的电流逐渐回流，当电流I降到维持电流I_H时，器件从低阻态迅速转变到高阻态，这就完成了一次放电过程。当T₁加负电压、T₂加正压时，其I-V特性如图3中的第三象限所示。