[实用新型]超低电容瞬态电压抑制器件

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体器件以及半导体工艺技术领域，尤其涉及一种超低电容瞬态电压抑制器件。

背景技术

瞬态电压抑制二极管(TVS，Transient Voltage Suppressor)又叫钳位二极管，是目前普遍使用的一种高效能电路保护器件，其外形与普通的二极管相同，但是却能够吸收高达数千瓦的浪涌功率，其主要特点是在反向应用条件下，当承受一个高能量的大脉冲时，其工作阻抗立即将至极低的导通值，从而允许大电流通过，同时把电压钳制在预定水平，一般的响应时间仅为10^-12秒，因此可以有效地保护电子线路中的精密元器件免受各种浪涌脉冲的损坏。

传统的TVS二极管基本都是稳压管类型的，制造工艺也比较简单，一般是在P+衬底/N+衬底上通过异型掺杂直接形成PN结。这种传统的TVS二极管主要应用在消费类电子产品(如手机，PDA，MP3和数码相机等)中的数据端口，如键盘、侧键和电源线等，这是由于此类端口速度较慢，对TVS二极管的电容要求不高，一般在30pF以上。但对于视频线路的保护，传统的TVS二极管则不适合，这是由于视频数据线具有极高的数据传输率，(其数据传输率高达480M工业自动化网，有的视频数据传输率达到1G以上)，要求线路保护的TVS管电容极低，不能大于1.0pF，同时对ESD能力要求极高，不能低于12kV，因此必须要开发新型的超低电容TVS器件，在保持超低电容的同时具有较高的ESD能力，以一方面满足对静电防护的要求，另一方面满足对数据传输的完整性要求。

目前市场上超低电容的TVS器件通常是将一个低电容二极管(又称为上二极管)11与一个传统稳压型TVS二极管13串联，再与另外一个低电容二极管(又称为下二极管)12并联组合形成，如图1所示。从通道I/O对地GND的I-V曲线来看，图1所示的TVS器件的正、反向特性仍然相当于一个普通二极管，但系统线路的电容却大大低于相同电压下的单个TVS管的电容。

组合而成的超低电容TVS器件，其通道I/O对地GND的电容值可以表示为：

其中，C_下二极管和C_上二极管分别表示下二极管12和上二极管11的电容值，其值较小，C_TVS表示TVS二极管13的电容值，其值要比前两者大一个数量级，所以上二极管11和TVS管13串联后，总的串联电容基本等同于上二极管11的电容。

当通道I/O加正电位，地GND加负电位时：由于下二极管12击穿电压较高，TVS管13击穿电压较低，所以TVS管13率先击穿，通道I/O对地GND的反向击穿电压可以表示为：

V_BR＝Vf_上二极管+V_TVS

其中Vf_上二极管为上二极管11的正向压降，V_TVS为TVS二极管13的击穿电压。

当通道I/O加负电位，地GND加正电位时：由于上二极管11击穿电压较高，电流优先经过下二极管12的正向，通道I/O对地GND的正向压降可以表示为：

Vf＝Vf_下二极管

其中Vf_下二极管为下二极管12的正向压降，可见组合而成的超低电容TVS器件正、反向特性基本相当于一个普通二极管，其反向击穿电压主要受TVS管的击穿电压控制；电容主要受C_上二极管和C_下二极管控制，所以为了实现超低电容，实际就是降低C_上二极管和C_下二极管；同时通道I/O对地GND的正、反方向ESD能力实际也是分别等同于上、下两个二极管的正向ESD能力(TVS管13的反向击穿电压较低，一般在3.3-7.0V之间，其反向ESD能力很高，可以不予考虑)。所以为了实现高ESD能力，实际就是提高上、下两个二极管的正向ESD能力。

由于硅集成工艺及成品率的原因，目前上述组合而成的超低电容TVS器件都是采用分离器件组合封装的形式，即上、下二极管11、12和TVS管13都是通过不同版图和工艺来实现，然后通过封装再组合在一起，这种技术不仅成本较高，而且器件的性能还会受到连接导线材料性质的影响。所以需要寻找一种新的技术，能将上、下二极管11、12和TVS管13都集成在同一芯片上，实现低成本和高性能。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种超低电容瞬态电压抑制器件，将上、下二极管和TVS管都集成在同一芯片上，实现低成本和高性能。