硅过压保护管制造技术

一种硅过压保护管，具有一块硅芯片、一个阳极和阴极，所述硅芯片为Ｐ１－Ｎ１－Ｐ２－Ｎ２四层排列结构，阳极和阴极由硅芯片二面沉淀积的金属薄膜构成，Ｐ１层连接阳极，Ｎ２层连接阴极，其特征是阴极还与Ｐ２层有短路连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硅半导体器件，特别是一种具有PNPN四层二极结构的硅过压保护管。
技术介绍
目前，在汽车交流发电机上应用的雪崩整流管，是一种较先进的过压保护器件。所述雪崩整流管具有反向过压保护功能，可保护车上电器设备和自动化控制系统安全运行。雪崩整流管PN结加上一定反向偏压时，管子就被击穿，反向偏压降低或消失后，PN结又能恢复到正常状态。雪崩整流管的伏安特性如图3所示。应用中，在交流发电机电压产生异常波动，峰值电压超过雪崩电压时，超出部分可被雪崩整流管削减或斩波，脉冲过后，雪崩整流管恢复正常状态。但是，雪崩整流管工作时存在着反向转折可靠性差、耗散功率大等问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种耗散功率低、可靠性好的硅过压保护管。本专利技术硅过压保护管具有一块硅芯片、一个阳极和阴极，所述硅芯片为P1-N1-P2-N2四层排列结构，阳极和阴极由硅芯片二面沉淀积的金属薄膜构成，P1层连接阳极，N2层连接阴极，特别是阴极还与P2层有短路连接。上述阴极可以通过分布在N2层中的短路点与P2层短路连接，也可以通过分布在N2层中的短路点和处在N2层边外的短路环同时与P2层短路连接。上2层中的短路点可以有1-100点/CM2，处在N2层边外的短路环宽可以为0.1-2mm；上述硅过压保护管转折电压可以为18-70v。本专利技术工作时，阳极、阴极间加上一定正向电压(超过转折电压)时，即导通，阳极、阴极间的电压迅速下降到1v左右，显然其耗散功率较低。而在平时(正向电压小于转折电压)情况下，由于阴极与P2层有短路连接，过P2-N1结的反向漏电流或热漏电流，经短路点或短路环被及时吸收，使N1P2N2的电流放大系数α2很难增大到一定数值，所以该管子不会产生误导通，可靠性较好，而且管子工作结温可达200℃，具有很好的高温特性。附图说明图1为本专利技术一实施例的结构剖面示意图。图2为图1实施例的俯视图。图3为雪崩整流管的伏安特性图。图4为本专利技术的伏安特性图。如图1所示，所述硅过压保护管具有一块硅芯片、一个阳极A和阴极K，所述硅芯片为P1-N1-P2-N2四层排列结构，有J1、J2、J3三个PN结，阳极A和阴极K由硅芯片二面沉淀积的金属薄膜2构成，P1层连接阳极A，N2层连接阴极K，阴极K通过分布在N2层中的短路点1和处在N2层边外的短路环3同时与P2层短路连接。所述短路点，为N2层中所设的能使阴极K的金属薄膜通过与P2层短路连接的孔点；所述短路环，为P2层外边缘面上所沉淀积的金属薄膜环。金属薄膜与P1层、P2层、N2层均为欧姆接触。在图3中，Io为工作电流，VB′为反向转折电压，该管子的耗散功率为Px＝VB·Io，而VB＞VB′，一般VB＝30-80v。在图4中，Io为工作电流，VF为Io点时的电压，VB′为转折电压，而该管子的耗散功率为Pa＝VF·Io，一般VF＝1-1.4v。因此，从图3、图4可以知道，本专利技术的耗散功率Pa比雪崩整流管的耗散功率Px小很多。Px/Pa为20倍以上，即保护效能在相同条件下提高20倍以上。上述硅过压保护管在阳极A、阴极K间加上一定正向电压(超过转折电压)时，阳极A、阴极K间的电压便迅速下降，正向电压降低后，即恢复正常状态而不会被损坏。在阳极A、阴极K间加负电位时，该管子即处于反向阻断状态，而在平常(正向电压小于转折电压)情况下，该管子即处于正向阻断状态，并且由于阴极与P2层有短路连接，过P2-N1结的反向漏电流或热漏电流，会经短路点或短路环被及时吸收，管子就很难产生误导通。所以该管子可靠性较好，而且不易损坏。具体实施例方式一种硅过压保护管，具有一块硅芯片、一个阳极A和阴极K，所述硅芯片为P1-N1-P2-N2四层排列结构，有J1、J2、J3三个PN结，阳极A和阴极K由硅芯片二面沉淀积的金属薄膜2构成，P1层连接阳极A，N2层连接阴极K，阴极K通过分布在N2层中的短路点1和处在N2层边外的短路环3与接P2层短路连接。上述硅过压保护管与一般可控硅是不同的，虽然它们的PN结排列结构相同，但所述硅过压保护管没有控制极。而且阴极K通过分布在N2层中的短路点1和处在N2层边外的短路环3与P2层短路连接，使得在平常(正向电压小于转折电压)情况下，过P2-N1结的反向漏电流或热漏电流，经短路点和短路环被及时吸收，误导通不易产生。如图1、图2所示，本实施例管子的转折电压为20-27v，选用的硅片厚度为0.3mm，电阻率为0.25-0.3Ω·cm。阴极K通过分布在N2层中的5个短路点和处在N2层边外的短路环与P2层短路连接。在N2层边外为上述阴极K连接的金属薄膜短路环与P2层外边缘面短路连接，该短路环宽为0.3mm。上述短路点在N2层正中设一点，在N2层边缘面上均匀设4点，金属薄膜穿过N2层中分布的5个短路点与P2层短路连接，短路点孔径为0.15mm。虽然，上述实施例中的阴极K是由分布在N2层中的短路点1和处在N2层边外的短路环3同时与P2层短路连接。但是，在实践中，阴极K只由分布在N2层中的短路点1与P2层短路连接同样也是可行的。此外，本专利技术的转折电压可以为18-70v。本专利技术由于具有耗散功率低、过压保护可靠性好的特点。因此特别适于在汽车上应用。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅过压保护管，具有一块硅芯片、一个阳极和阴极，所述硅芯片为P1-N1-P2-N2四层排列结构，阳极和阴极由硅芯片二面沉淀积的金属薄膜构成，P1层连接阳极，N2层连接阴极，其特征是阴极还与P2层有短路连接。2.根据权利要求1所述的硅过压保护管，其特征是所述阴极通过分布在N2层中的短路点与P2层短路连接。3.根据权利要求1所述的硅过压保护管，其特征是所述阴极通过分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：周立敬，
申请(专利权)人：周立敬，
类型：发明
国别省市：