低电容瞬变电压抑制器制造技术

一种瞬变电压抑制器包含反向偏置瞬变电压抑制器ＰＮ二极管，其与正向偏置的ＰＩＮ二极管串联连接，由所述ＰＮ二极管和所述ＰＩＮ二极管形成的串联电路连接在第一端子与第二端子之间，且与反向偏置的ＰＩＮ二极管并联。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于固态装置电路领域，且更明确地说，属于基于二极管的瞬变电压抑制器 电路领域。
技术介绍
P型杂质连同N型杂质并入到半导体材料中的PN二极管仍然是比较重要的装置。P 型杂质是一种其中存在过量的空穴或被视为正的可移动电荷的杂质，且因此P对应于正， 而N型杂质是其中存在过量的负的可移动电荷的杂质，因此N对应于负。PN二极管的 电气性能的关键是结，其中P型和N型杂质在半导体材料中具有相同浓度。在这点的任 一侧，半导体材料是P型或N型。可以许多方式来实现此结构，但在每种情况下，PN 二极管都具有非常类似的电流-电压特征。在外部电压置于PN二极管上的正向偏置的条 件下，二极管容易传导电流，而在反向偏置模式下，二极管传导非常低的电流，直到达 到被称为击穿电压的特定电压为止，其中二极管再次开始传导较高值的电流。此击穿电 压是临界点，因为PN 二极管在高电压和高电流两者下操作，所以所述PN二极管经历 较高的功率，且因此如果这种高功率条件持续相当长的时间周期，那么PN二极管可能 会毁坏。击穿电压被认为是PN二极管的关键最大额定值，如最大持续功率和最大电流是正向偏置条件下的关键最大额定值一样。PN二极管充当良好的整流器，其中所述PN二极管用于将AC电压转换成DC电压。 PN二极管的此特征对于以下产品极为重要车用交流发电机(automotive alternator)、用于便携式设备的电池充电器和用于所有类型的电子系统的电源。PN二极管中所使用的关键半导体材料是硅，其可经处理以产生多种PN二极管，每 一种经优化以用于特定应用。早期所需的一种此类应用是瞬变电压抑制器，因为高电压 峰值可严重破坏和毁坏电子系统。早期在电话系统中曾注意到这个问题，所述电话系统 被导致破坏性电压峰值的雷击击中。需要一种装置，所述装置可越过电子装置的输入而 放置，在超过某一电压电平时，所述装置将接通，且通过这种保护性装置转移那个高电 压和由此引起的能量，所述保护性装置被称为瞬变电压抑制器。所述瞬变电压抑制器使用PN 二极管的击穿电压特征来提供电子产业所需的保护性 功能。对PN二极管的特殊处理实现了击穿电压被控制在值足够低的电平处的装置，以便保护更灵敏的固态电子装置，而同时这些特殊的PN 二极管能够安全地耗散与高电压 峰值相关联的功率。随着逐渐发展的固态电子器件变得更快、更小且在更低的电压电平 下操作，与电压瞬变相关的问题增加。现在连同由于多种原因引起的输电线中的浪涌问 题，固态电子装置具有同样由于多种原因(但常与电子装置或系统的处置相关联)而引 起的与静电放电相关的问题。现在已经建立了被收容在许多不同封装中并具有不同电气 特征的整个系列的瞬变电压抑制器，以解决保护灵敏电子器件免受电压瞬变的多种需 要。对瞬变电压抑制器的制造者造成难题的一个电气特征是与抑制器相关联的电容，这 引起安装有所述抑制器的系统中的问题。因为所述电容直接与PN 二极管的有效面积相 关，所以难以减小瞬变电压抑制器PN二极管的电容。所述有效面积直接与瞬变电压抑制器可耗散的功率的量相关，当然，所述功率的量是使用所述瞬变电压抑制器的过程中的关键性参数。为了减小瞬变电压抑制器的电容，制造者通过将PN二极管整流器添加 到瞬变电压抑制器PN二极管来修改所述抑制器。此添加利用以下事实根据众所周知的等式，两个单独电容串联起到减小总电容的作用。在第3,372,285号美国专利中可查 看到此类电路的实例。如可查看到，两个PN二极管越过两个电路线以背对背配置连接， 使得一个二极管可容易地传导在一个方向上流动的电流，但另一个二极管用以阻挡所述 电流，因为所述二极管被反向偏置。只有在瞬变电压超过瞬变电压抑制器PN二极管的 击穿电压，且PN整流器二极管被正向偏置且容易传导电流时，这两个PN 二极管电路 才容易地传导电流。显然，此电路只能在一个方向上防止电压瞬变。可构造使用总共四 个PN二极管、两个瞬变抑制器二极管和两个整流器二极管的类似电路，以在任一方向 上提供对电压瞬变的瞬变抑制。电路中的这种用以减小电容的改变在整个业界得到广泛使用，其中PN二极管整流 器作为除PN瞬变抑制器二极管之外的另一关键组件。存在另一种也具有较低电容值的 半导体装置，但所述半导体装置从来没有在瞬变抑制器电路中使用过。这种装置被称为 PIN二极管，且其实质上不同于任何其它二极管，尤其是PN二极管。PIN二极管具有 特殊的制造工艺，其中上文论述的P型杂质和也在上文论述的N型杂质并不接触以形成 关键性的PN结。作为替代，在PIN二极管的构造中，存在电阻率非常高的区，被标记 为本征(I)区，其使P型杂质与N型杂质分离。本质上，这种PIN二极管是二结装置 (two-junction device),其中一个结位于P型杂质与本征区之间，且第二个结位于N型 杂质与本征区之间。PIN 二极管经设计并经制造以用于专门的高频应用。由于PIN 二极管的不寻常的结构，其在高频输入信号下具有可变的电阻特征，其中可通过PIN二极管上的DC正向偏 置来控制电阻。DC正向偏置的增加用以减小PIN二极管结构的可变高频电阻。这使得 PIN二极管类似于MOS晶体管，其中所述MOS晶体管的栅极上的DC偏置改变形成于 所述同一 MOS晶体管的漏极与源极之间的沟道，且从而改变所述MOS晶体管的源极与 漏极之间的电阻。PIN二极管在高频电路中用作衰减器或开关。PIN二极管的电流-电压特征显著不同 于PN整流器二极管，如下文图表所示。如可容易理解，PIN二极管不是有效的整流器 或其它通用二极管，因为本征层引起大量电阻，所述电阻又引起有用功率的大量损耗。 此功率变成热量，且不能由任何电子电路的其余部分使用。PN二极管电压PIN 二极管一直都被用作受电压控制的高频可变电阻器，且与典型的PN 二极管没 有关联。PN 二极管与PIN 二极管之间的另一关键且非常显著的差异是在与这些装置相关联 的数据表中。对此类装置的任何数据表的快速回顾显示，指定了通常是不同的电气参数， 且对于任何常见参数来说，限制是非常不同的。这在预料之中，因为PN二极管和PIN二极管用于不同且特定的应用中。现在的问题在于，随着电子电路变得更快，它们对更小量的过电压也变得更敏感， 且需要比可用的电压瞬变抑制器所供应的保护更好的保护。另外，这些高级的高速电路 需要具有与电压瞬变抑制器相关联的非常低的电容，因为任何此类电容都可能使所述高 速电路的性能减慢。不存在商业上可用的可提供此类高速电路所需的保护的电压瞬变抑 制器技术。
技术实现思路
本专利技术将PIN 二极管与PN瞬变电压抑制器二极管进行组合，以形成一系列独特的 低电容瞬变电压抑制器。PIN二极管和PN二极管以背对背配置连接，并收容在同一封 装中，从而形成控制高于指定阈值的正电压峰值的瞬变电压抑制器。这种类型的瞬变电 压抑制器被称为单向装置。还可能收容合适地连接在单个封装内的两(2)个PIN二极 管和两(2)个PN二极管，藉此所述组合提供针对正和负电压峰值两者的保护。这种类 型的瞬变电压抑制器被称为双向装置。 附图说明图1是瞬变电压抑制器中所使用的现有技术PN二极管的横截面表示。 图2是本专利技术的瞬变电压抑制器中所使用的PIN 二极管的横截面表示。 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种瞬变电压抑制器，其包括：　（ａ）反向偏置的瞬变电压抑制器ＰＮ二极管，其连接到第一端子；　（ｂ）低电容正向偏置的二极管，其具有由本征区隔离的Ｐ区和Ｎ区，所述低电容正向偏置的二极管与所述ＰＮ二极管串联连接，并连接到第二端子；以及　（ｃ）反向偏置的低电容二极管，其具有由本征区隔离的Ｐ区和Ｎ区，所述反向偏置的低电容二极管连接在所述第一端子与第二端子之间，与由所述反向偏置的瞬变电压抑制器和所述正向偏置的低电容二极管形成的串联电路并联。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-7-27 60/702,8671.一种瞬变电压抑制器，其包括(a)反向偏置的瞬变电压抑制器PN二极管，其连接到第一端子；(b)低电容正向偏置的二极管，其具有由本征区隔离的P区和N区，所述低电容正向偏置的二极管与所述PN二极管串联连接，并连接到第二端子；以及(c)反向偏置的低电容二极管，其具有由本征区隔离的P区和N区，所述反向偏置的低电容二极管连接在所述第一端子与第二端子之间，与由所述反向偏置的瞬变电压抑制器和所述正向偏置的低电容二极...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德马特森，洛基坎萨尔，
申请(专利权)人：普洛泰克设备有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]