[发明专利]光MOS固体继电器

说明书

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种光MOS固体继电器。

背景技术

固态继电器（SolidStateRelay，缩写SSR），是由微电子电路，分立电子器件(开关三极管、双向可控硅等半导体元件)，电力电子功率器件组成的无触点开关。固体继电器是一种四端器件，两个输入端，两个输出端，输入端接控制信号，输出端与负载和电源串联，用隔离器件实现了控制端与负载端的隔离。固态继电器的输入端用微小的控制信号，达到直接驱动大电流负载，在开关过程中无机械接触部件，因此固态继电器除具有与电磁继电器一样的功能外，还具有逻辑电路兼容，耐振耐机械冲击，安装位置无限制的优点。固态继电器目前已广泛应用于计算机外围接口设备、恒温系统、调温、电炉加温控制、电机控制等场合。

公开号CN102970019A介绍了一种光MOS继电器，其基本原理为：将一个控制装置连接到光伏二极管阵列与输出金属氧化物场效应管的栅极之间，从而使控制装置在光伏输出时处于高阻状态，在光伏输出消失时处于低阻状态，以便光伏二极管阵列产生的充电电流流向输出端，金属氧化物场效应管的栅极。专利中提到的所有元器件均采用V型槽隔离的方法，实现了单片集成，很好的实现了继电器的控制功能，但是该专利所述的光电池阵列中，各个光电池均在V型槽中形成，由于V型槽间间隔会占用一部分版图面积，因此，版图面积利用不充分，不利于提高继电器的集成度，类似的专利还包括：美国专利号5151602、美国专利号5278422和公开号CN1728553A等等，上述专利还有一个共同点是都是采用V型槽隔离方式将光伏二极管阵列与控制电路单片集成，控制电路的输出端口再外接单片功率MOS元件的栅源端，最终将继电器的各个部分进行共同封装，这种封装方式不仅会增加封装的难度，同时由于多片封装寄生效应比较大，降低了整个继电器的可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成度较高、可靠性较好的光MOS固体继电器。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：该光MOS固体继电器，包括集成于同一衬底上的光电池阵列、控制电路和输出端功率半导体器件，所述光电池阵列将光信号转换成电信号并将电信号提供给控制电路，所述控制电路根据输入的电信号控制输出端功率半导体器件的开关；所述控制电路由若干个三极管、若干个二极管以及若干个阻抗元件组合而成，每个三极管、每个二极管以及每个阻抗元件均单独处于衬底的一个V型槽内；所述输出端功率半导体器件单独处于衬底的V型槽内；所述光电池阵列由若干个单晶硅光伏电池以及若干个多晶硅光伏电池串联而成，所述单晶硅光伏电池与多晶硅光伏电池交错排列，所述每个单晶硅光伏电池单独处于衬底的一个V型槽内，所述每个多晶硅光伏电池处于相邻的两个V型槽之间的衬底上。

进一步的是，所述单晶硅光伏电池为单晶硅光伏二极管，所述多晶硅光伏电池为多晶硅光伏二极管。

进一步的是，所述衬底包括N型多晶硅基体以及设置在N型多晶硅基体表面的多个V型槽，所述V型槽的表面覆盖有二氧化硅层，在二氧化硅层表面覆盖有N+埋层，在由N+埋层围成的凹槽内覆盖有N型单晶硅基体，所述单晶硅光伏二极管设置在N型单晶硅基体的表面，所述多晶硅光伏二极管设置在相邻两个V型槽之间的N型多晶硅基体表面。

进一步的是，在N型单晶硅基体的表面通过双扩散工艺形成第一P+区以及第一N+区，并在第一P+区设置第一阳极电极、第一N+区设置第一阴极电极形成所述的单晶硅光伏二极管；在N型多晶硅基体的表面通过双扩散工艺形成第二P+区以及第二N+区，并在第二P+区设置第二阳极电极、第二N+区设置第二阴极电极形成所述的多晶硅光伏二极管。

进一步的是，所述单晶硅光伏二极管、多晶硅光伏二极管表面均设置有抗反射层。

进一步的是，所述输出端功率半导体器件为垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管或横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管或横向绝缘栅双极型晶体管。