[发明专利]一种恒流二极管

说明书

技术领域

本专利涉及一种栅源短接的结型场效应恒流器件，具体地说涉及一种大恒定电流值的环状纵向结构恒流二极管。

背景技术

在上世纪70年代就已经出现恒流器件，也称为恒流管或者称为半导体电流限制器，它是提供恒定值电流的一种半导体器件，因其在很宽的电压范围内有着恒定的电流值等特点，获得广泛应用，其主要应用于仪器仪表、显示技术和自动控制等领域。

恒流二极管(简称为CRD，即Current Regulative Diode)是一种用来输出恒定电流的半导体分立器件。一个理想的恒流二极管可以给负载提供恒定且稳定的电流，且其输出电导为零。又因恒流二极管具备稳定性好、恒流范围大、输出电导低、工艺简单制造方便等优点而被广泛使用。在国外，近年来主要有美国和日本等国家在制造并生产恒流二极管。如美国Siliconix公司主要推出CR022-CR470系列的恒流二极管，其特性参数是0.22～4.7mA的恒定电流和100V左右的最大工作电压；日本Semitech公司主要推出S系列和L系列的恒流二极管，其特性参数是0.1～30mA的恒定电流，100V左右的最大工作电压。目前国内各大厂家主要制造并生产恒流二极管的型号是2DH系列，其恒定电流值一般在0.1～6.0mA范围内。综合目前恒流管主流系列产品，其恒定电流和耐压都相对较低，因此，如何提高恒流二极管的恒定电流值成为同行技术人员研究恒流管的首要任务。如图1所示，恒流二极管实质上是个栅源短路的结型场效应二极管，它有两个PN结，中间一层n区作为导电沟道，两个N⁺区的其中一端作为阳极A，另一端则与两边的P⁺区一起短接作为阴极K。

当施加正向电压时，两个PN结都处于反偏状态，中间n区则为导电沟道。随着电压升高，电流增大的同时，两个反偏PN结的耗尽层也相应的越来越宽，如图2所示。当正向电压达到恒流二极管的起始电压时，靠近阳极一端的沟道被夹断，之后，电流基本上不再随电压的增加而增加，如图3所示。但当正向电压加到PN结的热击穿电压时，电流就又将随着电压的增大而增大。而在此期间，电流是基本保持不变的。

当施加反向电压时，恒流二极管中的两个PN结处于正偏状态，所以此时的恒流二极管就相当于一个正向导通的普通二极管，且电流很大。因此我们常给恒流二极管施加正向电压，利用其恒流的特性。

由于各种因素的影响，目前的恒流二极管的击穿电压大都在100V以下，恒定电流值在30mA以下。虽然近年来，也有较大恒定电流值的相关报道，如贵州博越电子科技有限公司生产的恒流二极管，恒定电流为1-80mA，起始电压3-3.5V，最大工作电压40-100V；常州星海电子公司于2010年提出了一种大电流恒流二极管结构，恒流值可达50mA，但这些大都建立在增加芯片面积的基础之上。因此，提高恒流二极管的电流和电压能力的同时，能尽量保持或者减少芯片的面积，减少浪费，节约生产成本，是同行技术人员的普遍愿望和共同目标。申请人为贵州煜立电子科技有限公司，公开号为CN201877434U，名称为《一种垂直沟道恒流二极管》的实用新型专利。如图4所示，该专利公开了一种垂直沟道结构的恒流二极管的结构和制造方法，该恒流二极管是可提供较大的正向恒定电流，且起始电压低。但由于该恒流二极管P+区之间的重掺N+区的引入，使得P+区之间的间距增大，从而导致器件的面积增大，同样也增加了器件的工艺步骤，并由此增加了器件成本。申请人为无锡市晶源微电子有限公司公开号为CN103035746A名称为《一种恒流二极管及其制造方法》和杭州士兰集成电路有限公司申请的公开号为CN103035745A名称为《采用刻槽工艺形成的恒流二极管及其制造方法》的专利都公开了各自的结构和制造方法，但因都是刻蚀沟槽，故具有工艺复杂等缺点。绍兴旭昌科技企业有限公司公开号为CN201845785U名称为《一种电流调整二极管芯片》的专利公开了一种电流调整二极管芯片的结构和制造方法，其具有结构简单，封装成本低等优点，但是由于其源漏栅区都在外延层表面，所以其器件的面积就相对较大，而其器件的沟道有效面积就相对较小了，进而降低器件的单位面积下的电流密度。综上所述，在提高击穿电压和恒定电流值等的同时，不仅要减小恒流二极管的面积和增加恒流二极管的沟道有效面积，也要尽量使得恒流二极管的结构与工艺简单化。

发明内容

本发明的主要任务在于提供一种工艺简单、芯片面积小、正向恒定电流大、开启电压低、击穿电压高以及能较好地实现直接驱动负载目的的恒流二极管。