專利名稱：一種垂直溝道恒流二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及到一種二極管，特別是涉及到一種垂直溝道恒流二極管。屬于半 導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
恒流源是電子設(shè)備中常用的一種裝置，目前對恒定電流要求的場合一般采用電子 元器件構(gòu)成的電子線路來實現(xiàn)。這種方式雖然可以獲得恒定電流，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，可 靠性難于保證。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種垂直溝道恒流二極管。既具有較低的啟動電壓 和較快的反應(yīng)速度，又具有較大的恒定電流值和耗散功率。以實現(xiàn)用恒流二極管直接驅(qū)動 恒流負載和其他恒定電流應(yīng)用的目的。本實用新型的技術(shù)方案一種垂直溝道恒流二極管，包括襯底，襯底上設(shè)有一層外 延層，外延層上設(shè)有一組P+擴散區(qū)，在每個P+擴散區(qū)之間設(shè)有與負電極連接N+區(qū)，外延層 的邊緣設(shè)有絕緣層；襯底與正電極連接，外延層和P+擴散區(qū)與負電極連接。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述襯底是用高摻雜的P型半導(dǎo)體材料制成。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述外延層是用低摻雜的N型半導(dǎo)體材料制成。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述半導(dǎo)體材料為硅材料。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述P+擴散區(qū)是在外延層上擴散出的一塊濃硼 區(qū)域。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述N+區(qū)是在外延層上注入離子生成的離子注 入?yún)^(qū)域。前述的垂直溝道恒流二極管中，所述絕緣層采用二氧化硅絕緣材料制成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的是一種可獲得不同恒定電流物理特性產(chǎn)品?？商?供較大的正向恒定電流，具有恒電流啟動電壓低，高速，高反向電壓的電物理特性。完全符 合現(xiàn)有二極管正向恒流道通，反向截止的整流物理特性，而現(xiàn)有的恒流器件沒有反向截止 的特性。采用半導(dǎo)體PN結(jié)空間電荷區(qū)可控制的方法實現(xiàn)溝道電阻的自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了用 恒流二極管直接驅(qū)動恒流負載的目的。由于不需要通過電子線路就可為恒流負載提供大恒 流源，簡化了結(jié)構(gòu)，縮小了體積，提高了可靠性。本實用新型的垂直溝道恒流二極管屬于二 端電子元器件，是電子信息設(shè)備普遍使用的基礎(chǔ)元器件，同時也是電子電路理論的重要基 礎(chǔ)元素。半導(dǎo)體恒流二端器件的出現(xiàn)，對于傳統(tǒng)的恒流源設(shè)計是一種變更和進步，它簡化了 電路的設(shè)計和電子產(chǎn)品的安裝調(diào)試，電路理論在工程應(yīng)用中得到補充。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
3[0013]圖2是本實用新型的原理圖；圖3本實用新型的等效電路圖；圖4是本實用新型的特性曲線圖。附圖中的標(biāo)記為1-負電極，2-絕緣層，3-外延層，4-襯底，5-正電極，6-P+擴散 區(qū)，7-N+區(qū)，8-耗盡層，9-垂直溝道。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明，但不作為對本實用新 型的任何限制。實施例。本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。本實用新型的一種垂直溝道恒流 二極管，包括襯底4，襯底4上設(shè)有一層外延層3，外延層3上設(shè)有一組P區(qū)6，在每個P區(qū)6 之間設(shè)有與負電極1連接N+區(qū)7，外延層3的邊緣設(shè)有絕緣層2 ；襯底4與正電極5連接， 外延層3和P區(qū)6與負電極1連接。所述襯底4是用高摻雜的P型半導(dǎo)體材料制成，稱為 P+硅襯底。所述外延層3是用低摻雜的N型半導(dǎo)體材料制成，稱為N -外延層。所述半導(dǎo) 體材料為硅材料。所述P區(qū)6是在外延層3上擴散出的一塊濃硼區(qū)域，稱為濃硼擴散的P+ 區(qū)。所述N+區(qū)7是在外延層3上注入離子生成的離子注入?yún)^(qū)域，稱為離子注入的N+區(qū)。 所述絕緣層2采用二氧化硅絕緣材料制成。本實用新型工作過程及原理如下如圖2所示，本實用新型是在外延層3上擴散出多個P+擴散區(qū)6，在兩個相鄰P區(qū) 之間根據(jù)PN結(jié)原理形成兩個耗盡層8，在兩個耗盡層8之間形成垂直溝道9，通過多個垂直 溝道9并聯(lián)結(jié)構(gòu)的恒定電流疊加，實現(xiàn)大的恒定電流值。當(dāng)本實用新型的襯底4經(jīng)正電極5與正電源連接，外延層3、P+擴散區(qū)6和N+區(qū) 7與負電源連接時。襯底4與外延層3之間形成的PN結(jié)正向?qū)?。由于外延層的電位?布，垂直溝道9靠近襯底的電位高于靠近負電極的電位。因此，P+擴散區(qū)與外延層3之間 形成的PN結(jié)是反向偏置，P+擴散區(qū)6與外延層3之間形成耗盡層8。在兩個耗盡層8之間 形成垂直溝道9，當(dāng)外加電壓較低的時候，電流從溝道中流過，垂直溝道9的電阻為溝道內(nèi) 的半導(dǎo)體電阻。隨著外加電壓的提高，耗盡層的厚度不斷加厚，P+擴散區(qū)6底部耗盡層的 厚度不斷加厚，兩個P區(qū)之間的垂直溝道9不斷縮小，直至耗盡層底部首先合攏(夾斷)。這 時垂直溝道電阻增大稱為夾斷電阻，電流飽和恒定。隨著外加電壓進一步逐步提高，垂直溝 道的夾斷厚度也逐步延伸，夾斷電阻在一定范圍同電壓成比例增大，電流在一定電壓變化 范圍內(nèi)恒定。通過多溝道并聯(lián)結(jié)構(gòu)的恒定電流疊加，可以實現(xiàn)較大的恒定電流值。本實用新型的等效電路如圖3所示。襯底4和外延層3構(gòu)成的PN結(jié)相當(dāng)于一個 普通二極管D，兩個P區(qū)6之間的形成的垂直溝道9，相當(dāng)于普通恒流管T。本實用新型的等 效電路相當(dāng)于多個普通恒流管T並聯(lián)后再與一個普通二極管D串聯(lián)的電路。圖4是本實用新型的恒流二極管的特性曲線圖。圖中縱坐標(biāo)表示通過恒流二極管 的電流I，橫坐標(biāo)表示加在恒流二極管兩端的正向電壓V。由圖4可見，隨著加在恒流二極 管兩端的正向電壓V的增加，通過恒流二極管的電流I也迅速增加，當(dāng)電流I達到額定恒流 電流Ih時，對應(yīng)的電壓值為\，隨后正向電壓V繼續(xù)增加，但通過恒流二極管的電流保持不 變，處于電流恒定狀態(tài)。如果正向電壓V超過額定電壓Ve后繼續(xù)增加，電流又開始隨著電壓的增加而增加，進入擊穿，最終將恒流二極管損壞。由此可見，在正向電壓V在Vs至Ve之 間時，電流不隨電壓的變化而變化，恒流二極管處于恒流狀態(tài)。恒流狀態(tài)時，垂直通道處于 夾斷狀態(tài)，夾斷厚度隨著夾斷電壓的增加，，夾斷電阻也隨之同比例增加，因此通過恒流二 極管的電流不發(fā)生變化。 通過恒流二極管的電流I等于恒流二極管中通過所有垂直溝道9的電流之和，所 以本實用新型的恒定電流值和目前的普通恒流二極管相比可以靈活設(shè)計配置。
權(quán)利要求1.一種垂直溝道恒流二極管，其特征在于包括襯底(4)，襯底(4)上設(shè)有一層外延層 (3)，外延層(3)上設(shè)有一組P+擴散區(qū)(6)，在每個P+擴散區(qū)(6)之間設(shè)有與負電極(1)連 接N+區(qū)(7)，外延層(3)的邊緣設(shè)有絕緣層(2);襯底(4)與正電極(5)連接，外延層(3)和 P+擴散區(qū)(6)與負電極(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述襯底(4)為高摻雜的 P型半導(dǎo)體材料襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述外延層(3)為低摻雜 的N型半導(dǎo)體材料外延層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述半導(dǎo)體材料為 硅材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述P+擴散區(qū)(6)是在 外延層(3)上擴散出的一塊濃硼區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述N+區(qū)(7)是在外延 層(3)上注入離子生成的離子注入?yún)^(qū)域。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直溝道恒流二極管，其特征在于所述絕緣層(2)為二氧化 硅絕緣材料層。
專利摘要本實用新型公開了一種垂直溝道恒流二極管。包括襯底，襯底上設(shè)有一層外延層，外延層上設(shè)有一組P+擴散區(qū)，在每個P+擴散區(qū)之間設(shè)有與負電極連接N+區(qū)，外延層的邊緣設(shè)有絕緣層；襯底與正電極連接，外延層和P+擴散區(qū)與負電極連接。本實用新型是一種可獲得不同恒定電流物理特性產(chǎn)品?？商峁┹^大的正向恒定電流，具有恒電流啟動電壓低，高速，高反向電壓的電物理特性。采用半導(dǎo)體PN結(jié)空間電荷區(qū)可控制的方法實現(xiàn)溝道電阻的自動調(diào)節(jié)。實現(xiàn)了用恒流二極管直接驅(qū)動恒流負載的目的。由于不需要通過電子線路就可為恒流負載提供大恒流源，簡化了結(jié)構(gòu)，縮小了體積，提高了可靠性。
文檔編號H01L29/861GK201877434SQ20102063631
公開日2011年6月22日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉橋 申請人:貴州煜立電子科技有限公司