双向阻断型浪涌保护器件制造技术

本发明专利技术涉及一种新型的双向阻断型浪涌保护器件，由耗尽型场效应晶体管和电阻构成，第一、第二耗尽型场效应晶体管的源极分别与第三耗尽型场效应晶体管的源极和漏极相串联，第一耗尽型场效应晶体管的漏极与模块输入端相连，栅极与第二耗尽型场效应晶体管的源极相连；第二耗尽型场效应晶体管的漏极与模块输出端相连，栅极与第一耗尽型场效应晶体管的源极相连；第三耗尽型场效应晶体管的栅极与第一、第二电阻均相连，第一电阻的另一端与模块输入端相连，第二电阻的另一端与模块输出端相连。本发明专利技术形成类似可重置保险丝的可变电阻电路，可无限次重复阻断复位，双向阻断型浪涌保护器件还可实现正反向浪涌的阻断，提升阻断型浪涌保护器件的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件领域，具体涉及半导体浪涌保护器件的领域，为一种双向阻断型浪涌保护器件。
技术介绍
电源浪涌或瞬态过压定义为电子线路中出现显著超出设计值的电压，它主要有雷 击、电力线搭接、电力线感应、或者地弹。当浪涌足够高，瞬态过压可以对计算机、电话等电 子设备造成严重的损害。它同样也会造成设备寿命减少。 瞬态电压浪涌抑制器限制了电力浪涌耦合到设备的能量，从而保护电子设备不被 损害。这类的产品包括，浪涌保护晶闸管、氧化物压敏电阻和雪崩二极管。这两种类型的器 件都是并联在被保护电路，瞬态电流会从它们提供的并联通路流出。这类并联保护存在较 多问题。它们包括(1)与具体的浪涌类型有关，需要选择繁多的型号匹配；(2)会限制系统 带宽(容性负载限制它们只能用于低带宽的应用)；(3)需要多个元件构成的复杂设计，导 致高的失效率；(4)经常需要较大的空间；(5)针对保护设计方案而言，单位成本高。 目前得益于不间断电源供应器(UPS)的引入，家用电脑、卫星接收和其他家庭应 用设备的已经拥有更为安全的保护。但是，计算机和其他数据系统通过数据线与外部世界 相连，这些数据线工作在非常低的电压信号而且非常敏感。不幸的是，由于并联保护存在的 较多问题，目前的浪涌保护技术仍然不能给予这类系统足够的安全保证。结果是，众多公司 在生产率降低和损害设备的修复上付出了昂贵的代价。 阻断型浪涌保护器件(Blocking Surge Protector)，以下简称BSP，是一项颠覆性 技术，它提供了一种全新的浪涌保护方法。与传统的旁路瞬态保护器将能量从负载转移的 工作原理不同，BSP与负载串联，从而使它能够特定地保护单个负载。当它达到他的触发阈 值后，它会改变状态，然后使浪涌重定向经气体放电管等初级防护通路流过，从而"阻断"进 入被保护设备的瞬态浪涌。 阻断型浪涌保护器件(BSP)的全新的浪涌保护原理解决了传统浪涌保护器件的 存在问题(l)能够适用多种的浪涌类型，不存在繁杂的选型；(2)串联应用，不影响系统带 宽，可应用于高速数据系统的保护；(3)应用设计简单，降低保护设计的失效率；(4)同时 实现过流过压防护，替代多个器件的功能，相应减小了空间占用；(5)针对保护设计方案而 言，单位成本降低。 双向阻断型浪涌保护器件实现了正反向浪涌的的阻断防护，进一步提升了阻断型 浪涌保护器件的性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于为被保护系统提供一种双向阻断型浪涌保护器 件(BSP)，该器件类似于可重置保险丝的可变电阻电路模块，不仅可以实现保险丝阻断浪涌 的作用，而且还可以重复阻断复位。 本专利技术解决上述技术问题所采取的技术方案是一种双向阻断型浪涌保护器件，由耗尽型场效应晶体管和电阻构成，包括第一耗尽型场效应晶体管、第二耗尽型场效应晶 体管、第三耗尽型场效应晶体管、第一电阻以及第二电阻，所述的第一耗尽型场效应晶体管的源极及第二耗尽型场效应晶体管的源极分别与第三耗尽型场效应晶体管的源极和漏极 相连，构成串联结构的导通路径，其中，第一耗尽型场效应晶体管的漏极与模块输入端相 连，栅极与第二耗尽型场效应晶体管的源极相连；第二耗尽型场效应晶体管的漏极与模块 输出端相连，栅极与第一耗尽型场效应晶体管的源极相连；第三耗尽型场效应晶体管的栅 极与第一电阻、第二电阻均相连，第一电阻的另一端与模块输入端相连，第二电阻的另一端 与模块输出端相连。 所述三个耗尽型场效应晶体管在正常工作情况下均导通，整个电路模块表现为小 电阻的"短路"状态，类似于熔丝正常工作下的特性；当输入端进入正向浪涌(即输出端进 入负向浪涌)，所述第一及第三耗尽型场效应晶体管的漏源电阻增大，相互反馈形成夹断， 最终输入端到输出端形成高阻状态，整个电路模块表现为高阻的"阻断"状态，类似于熔丝 的熔断状态，从而"阻断"正向浪涌经过电路模块进入被保护系统。同理，当输入端进入负 向浪涌(即输出端进入正向浪涌)时，所述第二及第三耗尽型场效应晶体管相互反馈形成 夹断，"阻断"负向浪涌经过保护模块进入被保护系统。 在上述方案的基础上，作为本专利技术的一个改进，所述的浪涌保护器件还包括第三 电阻，第三电阻并联于第三耗尽型场效应晶体管的源极和漏极之间，即连接第一耗尽型场 效应晶体管的源极与第二耗尽型场效应晶体管的源极。第三电阻能够在第一或第二耗尽 型场效应晶体管关断后，为它们的源极提供稳定的电位，避免该节点在双向浪涌保护器件 (BSP)"阻断"状态下处于浮空，保证双向浪涌保护器件(BSP)在瞬态响应时不受该节点存 储电荷的影响。 在上述方案的基础上，作为本专利技术的又一个改进，所述的浪涌保护器件还包括第 一反馈分压器及第二反馈分压器，均由二个或二个以上电阻构成，该第一反馈分压器及第 二反馈分压器均并联于第三耗尽型场效应晶体管的漏极和源极之间，其中，第一反馈分压 器的中间节点与第一耗尽型场效应晶体管的栅极相连，第二反馈分压器的中间节点与第二 耗尽型场效应晶体管的栅极相连。利用所述反馈分压器减小了双向阻断型浪涌保护器件在 "短路"状态下的串联电阻，降低了正常工作情况下双向浪涌保护器件(BSP)对被保护系统 的信号电压及功耗的影响。 在上述方案的基础上，所述的第一反馈分压器由第四电阻和第五电阻构成，第一 反馈分压器并联于第三耗尽型场效应晶体管源极和漏极之间；第二反馈分压器由第六电阻 和第七电阻构成，第二反馈分压器并联于第三耗尽型场效应晶体管源极和漏极之间。 在上述方案的基础上，所述的第一、第二、第三耗尽型场效应晶体管为金属氧化物 半导体场效应晶体管(MOSFET)、结型场效应晶体管(JFET)及静电感应场效应晶体管(SIT) 中的一种。 在上述方案的基础上，所述的第一和第二耗尽型场效应晶体管为金属氧化物半导 体场效应晶体管(MOSFET)，所述的第三耗尽型场效应晶体管为结型场效应晶体管(JFET)。 其中，在上述方案的基础上，所述的第一和第二耗尽型场效应晶体管均为高压金 属氧化物半导体场效应晶体管(HV M0SFET)。 在上述方案的基础上，所述浪涌保护器件的第一耗尽型场效应晶体管的导电沟道 类型与第二耗尽型场效应晶体管的导电沟道类型相同，且均与第三耗尽型场效应晶体管的 导电沟道类型相反。 在上述方案的基础上，提供一种对第一、第二、第三耗尽型场效应晶体管类型及其 导电沟道类型的具体方案，所述第一及第二耗尽型场效应晶体管均为耗尽型N沟道金属氧 化物半导体场效应晶体管(NMOSFET)，进一步优选高压耗尽型N沟道金属氧化物半导体场 效应晶体管(HV NMOSFET)，所述第三耗尽型场效应晶体管为耗尽型P沟道结型场效应晶体 管； 通过高压耗尽型N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(HVNMOSFET)的漏极与双 向浪涌保护器件(BSP)模块输入端或模块输出端相连，保证双向浪涌保护器件(BSP)"阻 断"时可以承受正负几百伏的高压。考虑到耗尽型P沟道结型场效应晶体管PJFET相比其 他耗尽型P沟道场效应晶体管具有更为优越的通态性能及更宽的夹断电压范围，因此选择 耗尽型PJFET与耗尽型HV NMOSFET串联，保证了双向BSP在"短路"状态下更小的串联电 阻和在发生"阻断"时与耗尽型HV NMOSFET相互反馈形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向阻断型浪涌保护器件，由耗尽型场效应晶体管和电阻构成，其特征在于：包括第一耗尽型场效应晶体管、第二耗尽型场效应晶体管、第三耗尽型场效应晶体管、第一电阻以及第二电阻，所述的第一耗尽型场效应晶体管的源极及第二耗尽型场效应晶体管的源极分别与第三耗尽型场效应晶体管的源极和漏极相连，构成串联结构，其中，第一耗尽型场效应晶体管的漏极与模块输入端相连，栅极与第二耗尽型场效应晶体管的源极相连；第二耗尽型场效应晶体管的漏极与模块输出端相连，栅极与第一耗尽型场效应晶体管的源极相连；第三耗尽型场效应晶体管的栅极与第一电阻、第二电阻均相连，第一电阻的另一端与模块输入端相连，第二电阻的另一端与模块输出端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海伟，张关保，张婷，吴兴农，李星，
申请(专利权)人：上海长园维安微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]