[發明專利]一種可控硅門極與陽極短接的低正向鉗位電壓開關二極管

在審

• 申請號: 201910966898.0
• 申請日: 2019-10-12
• 公開（公告）號: CN110571279A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 趙德益;蘇海偉;呂海鳳;王允;趙志方;葉毓明;馮星星;李亞文;吳青青;張利明
• 申請（專利權）人: 上海長園維安微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/861
• 分類號: H01L29/861;H01L29/87;H01L29/06
• 代理公司: 31298 上海諾衣知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 衣然

本發明提出了一種可控硅門極與陽極短接的低正向鉗位電壓開關二極管，包括由襯底材料或襯底材料外延層、N型阱、P型阱、N型重摻雜和P型重摻雜構成的半導體主體，通過適當設計N型阱、P型阱、N型摻雜和P型摻雜的尺寸和間距構成可控硅結構，其特征在于，通過金屬連接將控硅結構的門極和陽極短接形成開關二極管。利用門極到陰極的電流為陽極到陰極提供觸發電流，形成正反饋，提前使可控硅結構開啟，降低可控硅結構的開啟電壓，獲得低正向鉗位電壓，本發明通過金屬連接將控硅結構的門極和陽極短接形成開關二極管，獲得低正向鉗位電壓。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別涉及一種可控硅門極與陽極短接的低正向鉗位電壓開關二極管。

背景技術

隨著工藝尺寸的縮小，片上集成電路的防護等級越來越弱，而電壓和電流的瞬態干擾無時不在，隨時會給設備帶來致命損害，對瞬態電壓抑制器(TVS)的需求和依賴隨之增加。應用在數據接口電路中的TVS，電容是至關重要的參數，電容太大會衰減傳輸信號，因此低電容的保護器件需求日益緊迫。

開關二極管是半導體二極管的一種，是為在電路上進行“開”(正向導通)、“關”(反向截至)而特殊設計制造的一類二極管。開關二極管具有開關速度快、體積小、壽命長、可靠性高、低電容等特點，廣泛應用于電子設備的開關電路、檢波電路、高頻和脈沖整流電路及自動控制電路中。其中，高頻應用的一種形式是與TVS二極管搭配使用，通過使用開關二極管與TVS二極管的串并聯，端口電容從TVS二極管的大電容降低至接近開關二極管的低電容，降低TVS產品的電容，從而可適應高速端口的應用。開關二極管可通過封裝與TVS二極管集成，也可通過芯片工藝設計集成到同一個芯片上。

包括TVS二極管和開關二極管(D1和D2)的低電容TVS產品如附圖1，TVS用于電位的控制，工作時處于擊穿狀態，通過調節擊穿電壓以適應不同的應用場景，一般擊穿電壓大于工作電壓的1.2倍。與TVS串并聯后，由于開關二極管的擊穿電壓為幾十伏至上百伏，遠高于TVS二極管，電荷泄放時無法從擊穿方向泄放，而是通過正向導通方向至TVS二極管反向擊穿的路徑泄放掉，如附圖1，開關二極管兩端Pin2-Pin1施加正向電壓時，電流通過D2正向和TVS擊穿方向，泄放到Pin1(一般為GND)；開關二極管兩端Pin2-Pin1施加負向電壓時，電流通過D1正向泄放。雖然增加了電流路徑，但是由于其優良的電容性能，被廣泛應用。

TVS產品方面的參數與兩類二極管的關系：

擊穿電壓——TVS二極管決定；

電容——開關二極管決定；

鉗位電壓、動態電阻——TVS二極管和開關二極管共同決定；

通過縮小開關二極管的面積可以獲得低電容，但瞬態電荷泄放能力和也與開關二極管的面積成正比，在獲得較低電容的同時，瞬態電荷泄放能力也會降低，且動態電阻增大。

為了降低開關二極管的電容，通常用高阻外延材料制作開關二極管，或將開關二極管制作在低濃度的阱里，將開關二極管的耗盡區增寬，達到降低電容的目的，同時帶來的負面影響是開關二極管的正向開態動態電阻增大，影響了TVS器件的保護效果。

因此，鑒于上述方案于實際制作及實施使用上的缺失之處，而加以修正、改良，同時本著求好的精神及理念，并由專業的知識、經驗的輔助，以及在多方巧思、試驗后，方創設出本發明，特再提供一種利用可控硅結構獲得低正向鉗位電壓的方法及開關二極管，在具有優良電容能力的同時，其正向導通電流能力得到增強，動態電阻得到降低，獲得低正向鉗位電壓。在與TVS二極管串并聯應用時，獲得低電容和低正向鉗位電壓的保護器件。

發明內容

本發明提出一種可控硅門極與陽極短接的低正向鉗位電壓開關二極管，獲得低正向鉗位電壓的方法，解決了現有技術中的問題。

本發明的技術方案是這樣實現的：