[发明专利]一种可控硅门极与阳极短接的低正向钳位电压开关二极管

说明书

本发明提出了一种可控硅门极与阳极短接的低正向钳位电压开关二极管，包括由衬底材料或衬底材料外延层、N型阱、P型阱、N型重掺杂和P型重掺杂构成的半导体主体，通过适当设计N型阱、P型阱、N型掺杂和P型掺杂的尺寸和间距构成可控硅结构，其特征在于，通过金属连接将控硅结构的门极和阳极短接形成开关二极管。利用门极到阴极的电流为阳极到阴极提供触发电流，形成正反馈，提前使可控硅结构开启，降低可控硅结构的开启电压，获得低正向钳位电压，本发明通过金属连接将控硅结构的门极和阳极短接形成开关二极管，获得低正向钳位电压。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别涉及一种可控硅门极与阳极短接的低正向钳位电压开关二极管。

背景技术

随着工艺尺寸的缩小，片上集成电路的防护等级越来越弱，而电压和电流的瞬态干扰无时不在，随时会给设备带来致命损害，对瞬态电压抑制器(TVS)的需求和依赖随之增加。应用在数据接口电路中的TVS，电容是至关重要的参数，电容太大会衰减传输信号，因此低电容的保护器件需求日益紧迫。

开关二极管是半导体二极管的一种，是为在电路上进行“开”(正向导通)、“关”(反向截至)而特殊设计制造的一类二极管。开关二极管具有开关速度快、体积小、寿命长、可靠性高、低电容等特点，广泛应用于电子设备的开关电路、检波电路、高频和脉冲整流电路及自动控制电路中。其中，高频应用的一种形式是与TVS二极管搭配使用，通过使用开关二极管与TVS二极管的串并联，端口电容从TVS二极管的大电容降低至接近开关二极管的低电容，降低TVS产品的电容，从而可适应高速端口的应用。开关二极管可通过封装与TVS二极管集成，也可通过芯片工艺设计集成到同一个芯片上。

包括TVS二极管和开关二极管(D1和D2)的低电容TVS产品如附图1，TVS用于电位的控制，工作时处于击穿状态，通过调节击穿电压以适应不同的应用场景，一般击穿电压大于工作电压的1.2倍。与TVS串并联后，由于开关二极管的击穿电压为几十伏至上百伏，远高于TVS二极管，电荷泄放时无法从击穿方向泄放，而是通过正向导通方向至TVS二极管反向击穿的路径泄放掉，如附图1，开关二极管两端Pin2-Pin1施加正向电压时，电流通过D2正向和TVS击穿方向，泄放到Pin1(一般为GND)；开关二极管两端Pin2-Pin1施加负向电压时，电流通过D1正向泄放。虽然增加了电流路径，但是由于其优良的电容性能，被广泛应用。

TVS产品方面的参数与两类二极管的关系：

击穿电压——TVS二极管决定；

电容——开关二极管决定；

钳位电压、动态电阻——TVS二极管和开关二极管共同决定；

通过缩小开关二极管的面积可以获得低电容，但瞬态电荷泄放能力和也与开关二极管的面积成正比，在获得较低电容的同时，瞬态电荷泄放能力也会降低，且动态电阻增大。

为了降低开关二极管的电容，通常用高阻外延材料制作开关二极管，或将开关二极管制作在低浓度的阱里，将开关二极管的耗尽区增宽，达到降低电容的目的，同时带来的负面影响是开关二极管的正向开态动态电阻增大，影响了TVS器件的保护效果。

因此，鉴于上述方案于实际制作及实施使用上的缺失之处，而加以修正、改良，同时本着求好的精神及理念，并由专业的知识、经验的辅助，以及在多方巧思、试验后，方创设出本发明，特再提供一种利用可控硅结构获得低正向钳位电压的方法及开关二极管，在具有优良电容能力的同时，其正向导通电流能力得到增强，动态电阻得到降低，获得低正向钳位电压。在与TVS二极管串并联应用时，获得低电容和低正向钳位电压的保护器件。

发明内容

本发明提出一种可控硅门极与阳极短接的低正向钳位电压开关二极管，获得低正向钳位电压的方法，解决了现有技术中的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：