專利名稱：硅過壓保護管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及硅半導體器件，特別是一種具有PNPN四層二極結構的硅過壓保護管。
背景技術：
目前，在汽車交流發(fā)電機上應用的雪崩整流管，是一種較先進的過壓保護器件。所述雪崩整流管具有反向過壓保護功能，可保護車上電器設備和自動化控制系統(tǒng)安全運行。雪崩整流管PN結加上一定反向偏壓時，管子就被擊穿，反向偏壓降低或消失后，PN結又能恢復到正常狀態(tài)。雪崩整流管的伏安特性如圖3所示。應用中，在交流發(fā)電機電壓產生異常波動，峰值電壓超過雪崩電壓時，超出部分可被雪崩整流管削減或斬波，脈沖過后，雪崩整流管恢復正常狀態(tài)。但是，雪崩整流管工作時存在著反向轉折可靠性差、耗散功率大等問題。

發(fā)明內容
針對上述問題，本發(fā)明提出一種耗散功率低、可靠性好的硅過壓保護管。
本發(fā)明硅過壓保護管具有一塊硅芯片、一個陽極和陰極，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結構，陽極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構成，P1層連接陽極，N2層連接陰極，特別是陰極還與P2層有短路連接。
上述陰極可以通過分布在N2層中的短路點與P2層短路連接，也可以通過分布在N2層中的短路點和處在N2層邊外的短路環(huán)同時與P2層短路連接。
上2層中的短路點可以有1-100點/CM2，處在N2層邊外的短路環(huán)寬可以為0.1-2mm；上述硅過壓保護管轉折電壓可以為18-70v。
本發(fā)明工作時，陽極、陰極間加上一定正向電壓(超過轉折電壓)時，即導通，陽極、陰極間的電壓迅速下降到1v左右，顯然其耗散功率較低。而在平時(正向電壓小于轉折電壓)情況下，由于陰極與P2層有短路連接，過P2-N1結的反向漏電流或熱漏電流，經短路點或短路環(huán)被及時吸收，使N1P2N2的電流放大系數(shù)α2很難增大到一定數(shù)值，所以該管子不會產生誤導通，可靠性較好，而且管子工作結溫可達200℃，具有很好的高溫特性。


圖1為本發(fā)明一實施例的結構剖面示意圖。
圖2為圖1實施例的俯視圖。
圖3為雪崩整流管的伏安特性圖。
圖4為本發(fā)明的伏安特性圖。
如圖1所示，所述硅過壓保護管具有一塊硅芯片、一個陽極A和陰極K，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結構，有J1、J2、J3三個PN結，陽極A和陰極K由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜2構成，P1層連接陽極A，N2層連接陰極K，陰極K通過分布在N2層中的短路點1和處在N2層邊外的短路環(huán)3同時與P2層短路連接。所述短路點，為N2層中所設的能使陰極K的金屬薄膜通過與P2層短路連接的孔點；所述短路環(huán)，為P2層外邊緣面上所沉淀積的金屬薄膜環(huán)。金屬薄膜與P1層、P2層、N2層均為歐姆接觸。
在圖3中，Io為工作電流，VB′為反向轉折電壓，該管子的耗散功率為Px＝VB·Io，而VB＞VB′，一般VB＝30-80v。
在圖4中，Io為工作電流，VF為Io點時的電壓，VB′為轉折電壓，而該管子的耗散功率為Pa＝VF·Io，一般VF＝1-1.4v。
因此，從圖3、圖4可以知道，本發(fā)明的耗散功率Pa比雪崩整流管的耗散功率Px小很多。Px/Pa為20倍以上，即保護效能在相同條件下提高20倍以上。
上述硅過壓保護管在陽極A、陰極K間加上一定正向電壓(超過轉折電壓)時，陽極A、陰極K間的電壓便迅速下降，正向電壓降低后，即恢復正常狀態(tài)而不會被損壞。在陽極A、陰極K間加負電位時，該管子即處于反向阻斷狀態(tài)，而在平常(正向電壓小于轉折電壓)情況下，該管子即處于正向阻斷狀態(tài)，并且由于陰極與P2層有短路連接，過P2-N1結的反向漏電流或熱漏電流，會經短路點或短路環(huán)被及時吸收，管子就很難產生誤導通。所以該管子可靠性較好，而且不易損壞。
具體實施例方式
一種硅過壓保護管，具有一塊硅芯片、一個陽極A和陰極K，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結構，有J1、J2、J3三個PN結，陽極A和陰極K由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜2構成，P1層連接陽極A，N2層連接陰極K，陰極K通過分布在N2層中的短路點1和處在N2層邊外的短路環(huán)3與接P2層短路連接。
上述硅過壓保護管與一般可控硅是不同的，雖然它們的PN結排列結構相同，但所述硅過壓保護管沒有控制極。而且陰極K通過分布在N2層中的短路點1和處在N2層邊外的短路環(huán)3與P2層短路連接，使得在平常(正向電壓小于轉折電壓)情況下，過P2-N1結的反向漏電流或熱漏電流，經短路點和短路環(huán)被及時吸收，誤導通不易產生。
如圖1、圖2所示，本實施例管子的轉折電壓為20-27v，選用的硅片厚度為0.3mm，電阻率為0.25-0.3Ω·cm。陰極K通過分布在N2層中的5個短路點和處在N2層邊外的短路環(huán)與P2層短路連接。在N2層邊外為上述陰極K連接的金屬薄膜短路環(huán)與P2層外邊緣面短路連接，該短路環(huán)寬為0.3mm。上述短路點在N2層正中設一點，在N2層邊緣面上均勻設4點，金屬薄膜穿過N2層中分布的5個短路點與P2層短路連接，短路點孔徑為0.15mm。
雖然，上述實施例中的陰極K是由分布在N2層中的短路點1和處在N2層邊外的短路環(huán)3同時與P2層短路連接。但是，在實踐中，陰極K只由分布在N2層中的短路點1與P2層短路連接同樣也是可行的。此外，本發(fā)明的轉折電壓可以為18-70v。
本發(fā)明由于具有耗散功率低、過壓保護可靠性好的特點。因此特別適于在汽車上應用。
權利要求
1.一種硅過壓保護管，具有一塊硅芯片、一個陽極和陰極，所述硅芯片為P1-N1-P2-N2四層排列結構，陽極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構成，P1層連接陽極，N2層連接陰極，其特征是陰極還與P2層有短路連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的硅過壓保護管，其特征是所述陰極通過分布在N2層中的短路點與P2層短路連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的硅過壓保護管，其特征是所述陰極通過分布在N2層中的短路點和處在N2層邊外的短路環(huán)同時與P2層短路連接。
4.根據(jù)權利要求2所述的硅過壓保護管，其特征是上述N2層中的短路點有1-100點/CM2。
5.根據(jù)權利要求3所述的硅過壓保護管，其特征是上述N2層中的短路點有1-100點/CM2，處在N2層邊外的短路環(huán)寬為0.1-2mm。
6.根據(jù)權利要求1所述的硅過壓保護管，其特征是上述硅過壓保護管轉折電壓為18-70v。
全文摘要
本發(fā)明公開一種具有PNPN四層二極結構的硅過壓保護管。它包括一塊硅芯片、一個陽極和陰極，硅芯片為P1－N1－P2－N2四層排列結構，陽極和陰極由硅芯片二面沉淀積的金屬薄膜構成，P1層連接陽極，N2層連接陰極，陰極與P2層有短路連接。具有耗散功率低、可靠性好等優(yōu)點。
文檔編號H01L29/861GK1532949SQ200310114058
公開日2004年9月29日 申請日期2003年11月9日 優(yōu)先權日2003年1月7日
發(fā)明者周立敬 申請人:周立敬