[發明專利]一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關

在審

• 申請號: 202210660812.3
• 申請日: 2022-06-13
• 公開（公告）號: CN114914359A
• 公開（公告）日: 2022-08-16
• 發明（設計）人: 周浩楠;張良;李宋;張亞婷
• 申請（專利權）人: 北京智芯傳感科技有限公司
• 主分類號: H01L47/00
• 分類號: H01L47/00;H03K17/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關。所述短路開關包括：電場加載層、導通層、絕緣層、開關控制層、隔離層和襯底。所述導通層和電場加載層位于所述短路開關最頂層，起電氣連接作用；下一層為所述絕緣層，為隔絕導通層與開關控制層的電氣連接，保證所述開關的絕緣電阻；所述開關控制層與電場加載層的連接，在一定電場加載條件下，通過體負阻效應實現短路開關納秒級由通到斷的轉變；所述隔離層介于所述開關控制層和基底之間，起電氣隔離作用，同時能抑制襯底的脈沖電流干擾，增加安全性；所述襯底為短路開關圖形化的支撐載體。本發明短路開關通過體負阻效應可以實現納秒級的電路開關控制，且整體尺寸、質量微小。

技術領域

本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關。

背景技術

半導體器件技術應用廣泛，屬于大國核心競爭力關鍵技術之一，它與航空航天、汽車電子、通訊技術、引信技術等國防高科技發展命運休戚相關。短路開關主要是通過并聯短路，實現對精密電子器件的保護。以引信中應用的短路開關為例，在引信設計中，短路開關一般是在特定條件下用于電火工品的保護，通過由短路狀態到斷路狀態的轉換來實現。其特點是既要能在引信保險狀態時可靠短接電火工品，又要能在引信解除保險后保持良好的斷開狀態。目前，國內同類武器中采用的短路開關一般有兩種形式：其一為機械觸發式，觸發式又分為，彈簧銷式短路開關和簧片式短路開關，其二為電源控制式，通過供電后，火工作動器進行電爆剪切完成由短路到斷路的控制。這兩種開關往往通過人工裝配，體積較大，作用時間為毫秒級，所需提供的能量一般也需要達到百毫焦量級。

發明內容

在針對以上現有的問題和需求，本發明提出一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關，所述半導體短路開關解決了短路開關裝配工藝性差、尺寸大和作用時間較長的問題，在毫米級的裝配尺寸下，利用半導體材料的體負阻效應，以微焦級的能量輸入，完成納秒級的電路開關控制。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關，包括：一種納秒級體負阻效應的微型半導體短路開關，其特征在于，包括：電場加載層、導通層、絕緣層、開關控制層、隔離層和襯底；所述導通層和所述電場加載層位于所述短路開關最頂層，起電氣連接作用；下一層為所述絕緣層，所述絕緣層作用為隔絕導通層與開關控制層的電氣連接，保證器件的絕緣電阻；所述開關控制層與所述電場加載層的連接，在一定電場加載條件下，通過體負阻效應實現所述短路開關納秒級由通到斷的轉變；所述隔離層介于開關控制層和基底之間，起電氣隔離作用，同時能抑制所述襯底的脈沖電流干擾，增加器件的安全性；所述襯底為所述短路開關圖形化的支撐載體。

進一步，所述導通層材料為鎢或鎢合金。

進一步，所述導通層薄弱環節寬度特征尺寸小于所述開關控制層寬度。

進一步，所述電場加載層材料為鋁或金，鍍膜厚度≤3μm。

進一步，所述開關控制層材料為硅或砷化鎵，在一定電場加載條件下，利用半導體材料的體負阻效應，實現快速雪崩擊穿，進而截斷導通層薄弱環節，實現所述短路開關由通到斷的轉變。

進一步，所述絕緣層材料為氧化硅或氮化硅。

進一步，所述絕緣層厚度≥200nm，在500V±50V電壓下測試器件絕緣電阻不低于20MΩ。

進一步，所述短路開關在微焦級的能量加載下，由通到斷的轉變時間小于100ns。

進一步，所述開關控制層、隔離層和襯底部分采用SOI（Silicon On Insulator）技術，可防止電子流失，增強開關控制層的體負阻效應，縮短開關作用時間。

進一步，所述短路開關整體特征尺寸小于2.5mm，整體重量不超過200mg。