專利名稱：用于瞬時電壓抑制器的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開通常涉及高溫半導(dǎo)體裝置，并且更具體地，涉及用于高溫環(huán)境中的瞬時電壓抑制的半導(dǎo)體裝置。
背景技術(shù)：
盡管硅裝置已經(jīng)用于防止并聯(lián)耦合到TVS裝置的靈敏的電子設(shè)備經(jīng)受由例如雷擊引起的電壓尖峰以及被損壞，但是它們不適于高溫操作。硅裝置趨于隨著溫度增加而泄露更高的電流，其中電流在大于近似150°c的周圍溫度中達(dá)到難以接受地高的值，這使得它們不適合在要求核心引擎安裝的電子設(shè)備(例如，分布式引擎控制)的航空應(yīng)用所需要的225°C或更高的周圍溫度中使用。此外，已知的TVS裝置典型地使用環(huán)氧包裝來封裝。環(huán)氧封裝趨于在高于近似185°C的TVS裝置結(jié)構(gòu)內(nèi)引起大的熱應(yīng)變并且趨于開始分解。用于航空和電力生成應(yīng)用的渦輪引擎儀器通常要求昂貴的冷卻或?qū)㈦娮釉O(shè)備進(jìn)一步從傳感器和致動器移開，導(dǎo)致增加的安裝和布線復(fù)雜性以及由于噪聲而降低的傳感器性能。在飛行器中用于分布式控制的電子設(shè)備經(jīng)受來自電磁干擾(EMI)和雷擊所引起的電壓浪涌的損壞。至少一些已知的應(yīng)用使用瞬時電壓抑制(TVS)裝置，其可包含類似于齊納二極管的特征。由硅制成的商業(yè)可獲得的TVS裝置由于它們會暴露于的高的周圍溫度而不能夠用于保護(hù)接近弓I擎核心放置的分布式電子設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實(shí)施例中，一種瞬時電壓抑制器(TVS)組件包含采用臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片(die)，該臺面結(jié)構(gòu)包含:包含具有第一極性的導(dǎo)電性的第一寬帶隙半導(dǎo)體的層的襯底；與該襯底電接觸地耦合的具有第二極性的導(dǎo)電性的第一或第二寬帶隙半導(dǎo)體的第二層，該第二極性不同于該第一極性；以及與第二層電接觸地耦合的具有第一極性的導(dǎo)電性的第一、第二或第三寬帶隙半導(dǎo)體的第三層。具有第二極性的導(dǎo)電性的層相對于具有第一極性的導(dǎo)電性的層輕摻雜。TVS組件還包含與襯底電接觸地耦合的第一電極，以及與第三層電接觸地耦合的第二電極。當(dāng)跨第一和第二電極施加大于預(yù)定幅度的電壓時，TVS組件操作于允許相對大量的電流流經(jīng)TVS組件的穿通(punch-though)模式。在另一實(shí)施例中，一種形成碳化娃瞬時電壓抑制器(TVS)組件的方法包含:提供穿通碳化硅半導(dǎo)體瞬時電壓抑制器芯片，該芯片包含第一側(cè)和相反的第二側(cè)；將芯片包裝在至少部分圍繞芯片的玻璃殼體中；以及將相應(yīng)電極與第一和第二側(cè)的每個電連通地耦合，每個電極具有與玻璃殼體的熱膨脹系數(shù)大體上匹配的熱膨脹系數(shù)。在又一實(shí)施例中，一種高溫電子系統(tǒng)包含:電子設(shè)備單元，配置為暴露于具有溫度大于近似150.(TC的環(huán)境；遠(yuǎn)程電子設(shè)備單元，包含以可操作關(guān)系與該電子設(shè)備單元的至少一些電子部件耦合的瞬時電壓抑制器(TVS)組件，TVS包含穿通碳化硅半導(dǎo)體TVS芯片，該芯片包裝于至少部分圍繞該芯片的玻璃殼體中，并且使用熱壓接合、瞬時液相焊料接合、擴(kuò)散接合以及合金層(alloyed layer)中的至少一個I禹合到電極。


當(dāng)參考附圖閱讀下文的詳細(xì)描述時，本技術(shù)的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點(diǎn)將變得更好理解，其中在通篇附圖中類似的字符表示類似的部件，其中:
圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的電力和通信分配系統(tǒng)的架構(gòu)的示意框 圖2是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的在圖1中示出的電子設(shè)備單元的示范性的一個的示意框 圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的使用TVS 218的可用的電壓抑制保護(hù)的各種配置的示意框圖。圖4是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的在圖2中示出的瞬時電壓抑制(TVS)組件的半導(dǎo)體芯片部分的側(cè)視 圖5是根據(jù)本系統(tǒng)的另一實(shí)施例的在圖2中示出的瞬時電壓抑制(TVS)組件的半導(dǎo)體芯片部分的側(cè)視 圖6是根據(jù)本系統(tǒng)的另一實(shí)施例的在圖2中示出的瞬時電壓抑制(TVS)組件的半導(dǎo)體芯片部分的側(cè)視 圖7是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的在圖2中示出的瞬時電壓抑制(TVS)組件的側(cè)視
圖8是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的在圖2中示出的瞬時電壓抑制(TVS)組件的另一視 圖9是圖示TVS組件的雷電測試波形的結(jié)果的圖表800 ；
圖10是圖示TVS組件的DC測試的結(jié)果的圖表900 ;以及 圖11是圖示TVS組件的在圖9中示出的DC測試的結(jié)果的圖表1000。
具體實(shí)施例方式下文的詳細(xì)描述以示例的方式而不以限制的方式說明系統(tǒng)的實(shí)施例。要領(lǐng)會到該系統(tǒng)和方法對在功率電子設(shè)備、信號電子設(shè)備中的電子部件制造和封裝以及在工業(yè)、商業(yè)和住宅應(yīng)用中的電磁干擾(EMI)保護(hù)具有一般應(yīng)用。如本文所使用的，以單數(shù)敘述并且冠以詞語“一”的元件或步驟應(yīng)該理解為不排除多個元件或步驟，除非明確地敘述了這樣的排除。此外，本發(fā)明的“一個實(shí)施例”的提及并不旨在解釋為排除也并入所敘述的特征的附加實(shí)施例的存在。本公開的實(shí)施例演示可靠地操作于300°C的基于半導(dǎo)體的TVS裝置。在一個實(shí)施例中，該裝置由碳化硅(SiC)制成。在其它實(shí)施例中，裝置由其它寬帶隙材料例如但不限于氮化鎵(GaN)、金剛石、氮化鋁(A1N)、氮化硼(BN)及其組合制成。寬帶隙半導(dǎo)體TVS裝置可靠地可操作于高達(dá)近似500°C，然而，其它部件(例如，TVS封裝)在示例實(shí)施例中可能更限制。TVS是鉗位(clamping)裝置，抑制近似所有高于其擊穿電壓的過電壓。TVS裝置典型地包含三個SiC層(N-P-N)。在其它實(shí)施例中，三個層包含P-N-P層。在N-P-N型裝置中，當(dāng)裝置經(jīng)受跨兩個N層的電位時，在P層(通常)形成耗盡層，這是因?yàn)榕c兩個N層相比P層的摻雜低得多。例如，低一到五個數(shù)量級，或N層的摻雜劑濃度的十分之一到萬分之一。對于另外的示例，如果N層中的摻雜濃度是近似IO1Vcm3，則P層中的摻雜濃度會是近似IO15/cm3。隨著跨裝置的電壓增加，耗盡區(qū)域全部跨P層地延伸并且觸到另一側(cè)上的N層。這導(dǎo)致已知為“穿通”的狀況并且大量電流開始在裝置中流動。裝置能夠用跨該裝置的電壓的最小改變來保持此狀況。當(dāng)層的極性改變?yōu)镻-N-P時，類似解釋描述操作。在一個示例中，封裝件設(shè)計(jì)成具有低電感和電容以提供快速電響應(yīng)以及具有熱容以管理熱脈沖。低電感和電容通過使用從芯片到接合到電路的末端的短的導(dǎo)電路徑來實(shí)現(xiàn)。玻璃或陶瓷包裝可用于保護(hù)芯片免受環(huán)境中的污染并且提供改進(jìn)的跨裝置的電絕緣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)硼硅玻璃包裝在高達(dá)600°C的測試中具有低泄漏電流。選擇末端材料以分別與陶瓷到金屬密封和玻璃到金屬密封兼容。末端材料可包含但不限于鎢、鑰或科瓦(Kovar) 。芯片在兩側(cè)使用例如熱壓接合、瞬時液相焊料接合、擴(kuò)散接合或合金層而接合到相應(yīng)末端。在一個實(shí)施例中，金熱壓接合提供更低熱阻路徑并且在高溫中不氧化。金還具有大的可塑范圍以特別在高溫提供低應(yīng)力界面。TVS裝置有助于防止與TVS裝置并聯(lián)耦合的靈敏的電子設(shè)備經(jīng)受由例如雷擊所引起的電壓尖峰和被損壞。在各實(shí)施例中，多于一個TVS裝置可以連接在TVS組件中，該TVS組件包含TVS裝置的并聯(lián)、串聯(lián)和/或串并聯(lián)配置以允許TVS組件的增強(qiáng)的電保護(hù)特征，例如，更大的電壓或電流能力。高溫封裝件中的SiC裝置使能具有相對高的周圍溫度(例如，大于近似150°c)的環(huán)境中的其部署。此外，SiC裝置提供超強(qiáng)鉗位。盡管本文描述為適合于在高溫應(yīng)用中使用，但是寬帶隙材料也適合于在溫度相對不高的(例如，在室溫)的地方的應(yīng)用。圖1是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的電力和通信分配系統(tǒng)100的架構(gòu)的示意框圖。在示范性實(shí)施例中，分配系統(tǒng)100包含電力供應(yīng)分配總線102和通信通道104。在示范性實(shí)施例中，電力供應(yīng)分配總線102將電力分配到位于引擎110附近的多個電子設(shè)備單元106。在示范性實(shí)施例中，引擎110是包含風(fēng)扇112和核心引擎114的燃?xì)鉁u輪引擎。在各其它實(shí)施例中，引擎110可以是另一臺機(jī)器，例如但不限于活塞驅(qū)動的內(nèi)燃引擎、壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)以及泵。在示范性實(shí)施例中，多個電子設(shè)備單元106包含電子設(shè)備單元(EU) 116和118，該電子設(shè)備單元(EU) 116和118圖示為安裝在例如接近燃?xì)鉁u輪引擎(GTE) 110的風(fēng)扇112的相對涼的環(huán)境中。分配系統(tǒng)100還包含高溫電子設(shè)備單元(HT-EU) 120,122以及124。每個HT-EU 120、122以及124圖示為安裝于燃?xì)鉁u輪引擎110的核心引擎114上，其是相對熱的環(huán)境位置。例如，核心殼體114的附近的溫度可以是大于近似150.0攝氏度(°C )到近似300.(TC。EU 116從電力供應(yīng)126接收電力。所接收的電力由EU 116管理用于在分配系統(tǒng)100中分配。將所管理的電力通過電力總線電力供應(yīng)分配總線102傳送到包含EU 118、HT-EU 120、122以及124的各相應(yīng)負(fù)載。類似地，各電子單元之間的通信在通信通道104上傳送。在操作期間，對飛行器的電磁干擾和/或雷擊可在總線102和/或104上引起大的瞬時電壓尖峰。如果不修復(fù)，這樣的大的電壓尖峰可引起對包含EU 116、118以及HT-EU120,122以及124的耦合到總線的電氣和電子部件的損壞。為了避免這樣的損壞，可以與所選擇的部件和/或部件中的電路串聯(lián)和/或并聯(lián)使用瞬時電壓抑制器，以有助于減少和/或消除這樣的尖峰。一種方法將總線上的電壓鉗位到預(yù)定電平。圖2是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的EU 116、118以及HT-EU 120、122以及124的示范性的一個的示意框圖。在示范性實(shí)施例中，HT-EU 120，例如包含處理器202、在通信上耦合到處理器202的存儲器204、ROM存儲器206、也在通信上耦合到處理器202的輸入段208、驅(qū)動模塊210以及輸出模塊212。HT-EU 120還包含在通信上耦合到通信總線104和處理器202的通信模塊214。HT-EU 120還包含電耦合到電力供應(yīng)分配總線102并且配置為在遍及HT-EU 120的各電壓分配電力的電力模塊216。由于耦合到相應(yīng)總線，通信模塊214和電力模塊216易受EMI和/或雷電引起的尖峰影響。為了防止這樣的干擾和尖峰到達(dá)通信模塊214和電力模塊216以及下游部件，一個或多個瞬時電壓抑制(TVS)組件218和220耦合于相應(yīng)總線和通信模塊214以及電力模塊216之間。圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的使用TVS組件218的可用的電壓抑制保護(hù)各種配置的示意框圖。在圖3A的實(shí)施例中，TVS組件218包含串聯(lián)配置的兩個瞬時電壓抑制器。在圖3B的實(shí)施例中，TVS組件218包含串聯(lián)配置的兩個瞬時電壓抑制器與第三瞬時電壓抑制器并聯(lián)。在圖3C的實(shí)施例中，TVS組件218包含并聯(lián)配置的兩個瞬時電壓抑制器與第三瞬時電壓抑制器串聯(lián)?？梢跃奂瘋€別瞬時電壓抑制器的各種其它組合以提供用于很多不同的應(yīng)用的充分的載流能力和預(yù)定的電壓性能。圖4是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的瞬時電壓抑制(TVS)組件218或220 (在圖2中示出)的半導(dǎo)體芯片302部分的側(cè)視圖。在示范性實(shí)施例中，芯片302包含臺面結(jié)構(gòu)，該臺面結(jié)構(gòu)由例如具有η+型導(dǎo)電性的碳化硅的襯底304和外延生長的η+型導(dǎo)電性層306、與層306電接觸地耦合的外延生長的P-層308、以及與ρ-層308電接觸地耦合的外延生長的η+層312形成。在示范性實(shí)施例中，P-層308相對于η+層306和308相對輕摻雜。襯底304和層306、308以及312的均勻的摻雜濃度改進(jìn)耗盡區(qū)域中的電場分布的均勻性，由此改進(jìn)擊穿電壓特性。此外，臺面結(jié)構(gòu)具有相對于鄰近的接觸層之間的界面成近似五度到近似八十度的角度的有斜面的側(cè)壁，以降低芯片的表面處的最大電場曲線。第一電觸頭(electrical contact)310與襯底304電接觸地稱合。第二電觸頭314與外延生長的η+層312電接觸地耦合。瞬時電壓抑制(TVS)組件218或220的半導(dǎo)體芯片302部分使用“穿通”或也已知為“穿透(reach through)”物理現(xiàn)象來操作，以便隨著跨芯片302的電壓的增力口，耗盡區(qū)域全部跨P-層308延伸并且觸到η+層306和312。這導(dǎo)致已知為“穿通”的狀況并且大量電流能夠流經(jīng)芯片302。芯片302能夠以跨該芯片302的電壓的最小改變來保持此狀況。在各實(shí)施例中，對TVS組件218設(shè)計(jì)大小并形成為確保保持芯片302的半導(dǎo)體材料的內(nèi)部的最大電場小于兩兆伏每厘米。此外，對于小于近似1.0納安到近似1.0毫安的范圍的電流，TVS組件218配置為保持阻斷電壓的增加小于5%。如本文所使用的，阻斷電壓指的是TVS組件218不導(dǎo)電或仍然處于“截止”狀態(tài)的最高電壓。此外，TVS組件218配置為保持泄漏電流小于近似1.0微安上至近似TVS組件218在室溫的穿通電壓以及小于1.0微安上至近似高達(dá)225攝氏度的操作溫度處的穿通電壓。在各實(shí)施例中，TVS組件218配置為展現(xiàn)近似5.0伏到近似75.0伏之間的穿通特性。在各其它實(shí)施例中，TVS組件218配置為展現(xiàn)近似75.0伏到近似200.0伏之間的穿通特性。在另外其它實(shí)施例中，配置為展現(xiàn)大于近似200伏的穿通特性。圖5是根據(jù)本系統(tǒng)的另一實(shí)施例的瞬時電壓抑制(TVS)組件218或220 (在圖2中示出)的半導(dǎo)體芯片302部分的側(cè)視圖。在示范性實(shí)施例中，芯片302包含第一截頭錐(frusto-conical)結(jié)構(gòu)402和第二大體上圓柱形結(jié)構(gòu)404。第一截頭錐結(jié)構(gòu)402由外延生長的η+型導(dǎo)電性層306和至少部分外延生長的P-層308形成。圓柱形結(jié)構(gòu)404由至少部分外延生長的P-層308和外延生長的η+層312形成。在示范性實(shí)施例中，ρ_層308相對于η+層306和312相對輕摻雜。襯底304和層306、308以及312的均勻的摻雜濃度改進(jìn)耗盡區(qū)域中的電場分布的均勻性，由此改進(jìn)擊穿電壓特性。第一電觸頭310與襯底304電接觸地耦合。第二電觸頭314與外延生長的η+層312電接觸地耦合。圖6是根據(jù)本系統(tǒng)的另一實(shí)施例的瞬時電壓抑制(TVS)組件218或220(在圖2中示出)的半導(dǎo)體芯片302部分的側(cè)視圖。在示范性實(shí)施例中，芯片302包含第一截頭錐結(jié)構(gòu)602和第二截頭錐結(jié)構(gòu)604。第一截頭錐結(jié)構(gòu)602由外延生長的η+型導(dǎo)電性層306和至少部分外延生長的P-層308形成。第二截頭錐結(jié)構(gòu)604由至少部分外延生長的P-層308和外延生長的η+層312形成。在示范性實(shí)施例中，P-層308相對于η+層304、306以及312相對輕摻雜。襯底304和層306、308以及312的均勻的摻雜濃度改進(jìn)耗盡區(qū)域中的電場分布的均勻性，由此改進(jìn)擊穿電壓特性。第一電觸頭310與襯底304電接觸地耦合。第二電觸頭314與外延生長的η+層312電接觸地耦合。圖7是根據(jù)本發(fā)明的示范性實(shí)施例的瞬時電壓抑制(TVS)組件218 (在圖2中示出)的側(cè)視圖。在示范性實(shí)施例中，第一和第二電觸頭310和314每個包含擴(kuò)散接合的或合金層702和704以及相應(yīng)頭針(header pin)406和408。在各實(shí)施例中，層702和704由銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鉬(Pt)及其組合形成。在其它實(shí)施例中，層702和704可以由其它材料、組合或合金形成。在各實(shí)施例中，第一和第二電觸頭310和314使用層702和704使用例如但不限于熱壓接合、瞬時液相焊料接合、擴(kuò)散接合或合金層而耦合到芯片302。表面安裝觸頭410和412分別典型地與第一和第二電觸頭310和314電接觸地耦合到頭針406和408。玻璃包裝414至少部分圍繞芯片302以及第一和第二電觸頭310和314。在各實(shí)施例中，玻璃包裝414包含硼硅玻璃或氧化鋁陶瓷。頭針406和408由選擇為具有與玻璃包裝414的熱膨脹系數(shù)大體上匹配的熱膨脹系數(shù)的材料形成。這樣的材料可包含鎢、鑰、鐵鎳鈷、低膨脹合金(有時稱作科瓦 )以及其組合中的至少一個?？仆?合金是真空熔化的、鐵鎳鈷、低或受控膨脹合金，其化學(xué)組分控制在窄的限制中以保證精確均勻的熱膨脹性質(zhì)。在示范性實(shí)施例中，頭針406和408由包含近似29%的鎳(Ni)、17%的鈷(Co)以及剩余余額大體上為鐵(Fe)的材料形成。圖8是根據(jù)本系統(tǒng)的示范性實(shí)施例的瞬時電壓抑制(TVS)組件218 (在圖2中示出)的另一視圖。在示范性實(shí)施例中，形成具有凸緣502和504的頭針406和408，凸緣502和504配置為與玻璃包裝414配合并且容納例如焊料連接以將TVS組件218電耦合到電路。圖9是圖示TVS組件218的雷電測試波形的圖表800。在示范性實(shí)施例中，圖表800包含以時間為單位分度的X軸802以及以電壓和電流為單位分度的y軸804。跡線806表示施加于TVS組件218上的電壓，其峰值指向TVS組件218的鉗位電壓。在示范性實(shí)施例中，它是近似100.0伏。跡線808表示流經(jīng)TVS組件218的電流，其近似134安。圖10是圖示DC測試的圖表900。在示范性實(shí)施例中，圖表900包含以電壓為單位分度的X軸902以及使用對數(shù)標(biāo)度的以電流為單位分度的y軸904。跡線906表示當(dāng)經(jīng)受跨第一和第二電觸頭310和312的電壓并且測量對應(yīng)電流時TVS組件218的響應(yīng)。DC測試在近似200攝氏度處對TVS組件218進(jìn)行以確定TVS組件218的高溫能力。在示范性實(shí)施例中，TVS組件218在近似65.0伏處打開，在那里跡線906變平坦。在小于65.0伏的電壓，TVS組件218處于“截止”狀況。當(dāng)TVS組件218截止時流動的電流是泄漏電流?？梢钥闯霎?dāng)TVS組件218在高溫下截止時，通過TVS組件218的泄漏電流值極其小(例如，在皮安范圍)，指示低泄漏電流。圖11是圖示TVS 218的DC測試的圖表1000。在示范性實(shí)施例中，圖表1000包含以電壓為單位分度的X軸1002以及使用線性標(biāo)度的以電流為單位分度的I軸1004。跡線1006表示當(dāng)經(jīng)受跨第一和第二電觸頭310和312的電壓并且測量對應(yīng)電流時TVS組件218的響應(yīng)。在近似200攝氏度對TVS組件218進(jìn)行DC測試以確定TVS組件218的高溫能力。在示范性實(shí)施例中，TVS組件218在近似65.0伏打開，在那里跡線906急劇地突變。瞬時電壓抑制的方法和系統(tǒng)的上述實(shí)施例提供有成本效率并且可靠的手段用于降低和/或消除例如EMI和/或雷擊所引起的進(jìn)入電氣系統(tǒng)的電壓尖峰。更具體地，本文描述的方法和系統(tǒng)有助于電子設(shè)備的操作經(jīng)受相對高的環(huán)境溫度。此外，上述方法和系統(tǒng)有助于不用附加的冷卻支持 而操作高密度殼體中的電子部件。其結(jié)果是本文描述的方法和系統(tǒng)有助于以有成本效率并且可靠的方式來操作交通工具，例如飛行器。本書面描述使用示例以公開本發(fā)明，包含最佳模式，并且也使本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包含制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及進(jìn)行任何并入的方法。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求來定義，并且可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它示例。如果這樣的其它示例具有與權(quán)利要求的字面語言沒有不同的結(jié)構(gòu)元件，或如果它們包含與權(quán)利要求的字面語言沒有實(shí)質(zhì)性差別的等效結(jié)構(gòu)元件，則這樣的其它示例預(yù)計(jì)落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)。部件列表:
分配系統(tǒng)100
電力供應(yīng)分配總線102
通信通道104
電子設(shè)備單兀(EU) 106
引擎110
風(fēng)扇112
核心引擎114
EU 116
EU 118
HT-EU 120
EU 122
EU 124
電力供應(yīng)126
處理器202
存儲器206
輸入段208
驅(qū)動模塊210
輸出模塊212通信模塊214電力模塊216TVS組件218半導(dǎo)體芯片302襯底304層306層308電觸頭310電觸頭312電觸頭314截頭錐結(jié)構(gòu)402圓柱形結(jié)構(gòu)404頭針406頭針408
表面安裝觸頭410表面安裝觸頭412包裝414凸緣502凸緣504截頭錐結(jié)構(gòu)502截頭錐結(jié)構(gòu)504圖表800X 軸 802y 軸 804跡線806跡線808圖表900X 軸 902y 軸 904跡線906圖表1000X 軸 1002y 軸 1004跡線1006。
權(quán)利要求
1.一種瞬時電壓抑制器(TVS)組件(218)，包含: 采用臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片(302)，包含: 包含具有第一極性的導(dǎo)電性的第一寬帶隙半導(dǎo)體的層的襯底(306)； 與所述襯底電接觸地耦合的具有第二極性的導(dǎo)電性的所述第一寬帶隙半導(dǎo)體或第二寬帶隙半導(dǎo)體的第二層(308)，所述第二極性不同于所述第一極性；以及 與所述第二層電接觸地耦合的具有所述第一極性的導(dǎo)電性的所述第一寬帶隙半導(dǎo)體、所述第二寬帶隙半導(dǎo)體或第三寬帶隙半導(dǎo)體的第三層(312)，其中 具有所述第二極性的導(dǎo)電性的所述層相對于具有所述第一極性的導(dǎo)電性的所述層輕摻雜； 與所述襯底電接觸地耦合的第一電極(310);以及 與所述第三層電接觸地耦合的第二電極(314)，其中 當(dāng)跨所述第一電極和所述第二電極施加大于預(yù)定幅度的電壓時，所述TVS組件操作于允許相對大量的電流流經(jīng)所述TVS組件的穿通模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，還包含至少部分圍繞所述芯片以及所述第一電極和所述第二電極的玻璃或陶瓷包裝(414)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，其中具有第一極性的導(dǎo)電性的所述層包含η+型導(dǎo)電性層以及具有第二極性的導(dǎo)電性的所述層包含P-型導(dǎo)電性層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，其中具有第一極性的導(dǎo)電性的所述層包含ρ+型導(dǎo)電性層以及具有第二極性的導(dǎo)電性的所述層包含η-型導(dǎo)電性層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，其中所述襯底和所述層包含碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)、金剛石、氮化鋁(A1N)、氮化硼(BN)及其組合中的至少一個。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，其中對于包含SiC的具有第二極性的導(dǎo)電性的層，摻雜劑的濃度比具有第一極性的導(dǎo)電性的層的摻雜劑的濃度低近似一到五個數(shù)量級。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的TVS組件，其中對于包含SiC的具有第二極性的導(dǎo)電性的層，摻雜劑的濃度是具有第一極性的導(dǎo)電性的層的摻雜劑的濃度的近似千分之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，還包含安置于所述第一電極和所述第二電極的每個以及所述芯片之間的擴(kuò)散接合的或合金接觸層(702、704)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的TVS組件，其中所述擴(kuò)散接合的或合金接觸層包含銅(Cu)、金(Au)、鋁(Al)、鉬(Pt)及其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的TVS組件，其中所述第一電極和所述第二電極包含與所述玻璃包裝的熱膨脹系數(shù)大體上匹配的熱膨脹系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明的名稱是“用于瞬時電壓抑制器的方法和系統(tǒng)”。提供一種形成碳化硅瞬時電壓抑制器(TVS)組件(218)的方法和用于瞬時電壓抑制器(TVS)組件的系統(tǒng)。TVS組件包含采用臺面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片(302)，該臺面結(jié)構(gòu)包含具有第一極性的導(dǎo)電性的第一寬帶隙半導(dǎo)體的第一層(306)；與第一層電接觸地耦合的具有第二極性的導(dǎo)電性的第一或第二寬帶隙半導(dǎo)體的第二層(308)，其中第二極性不同于第一極性。TVS組件還包含與第二層電接觸地耦合的具有第一極性的導(dǎo)電性的第一、第二或第三寬帶隙半導(dǎo)體的第三層(312)。具有第二極性的導(dǎo)電性的層相對于具有第一極性的導(dǎo)電性的層輕摻雜。
文檔編號H01L23/62GK103077938SQ20121041603
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月26日
發(fā)明者A.S.卡什亞普, D.M.謝多克, E.A.安達(dá)拉維斯, P.M.桑維克, S.D.阿瑟, V.逖爾卡 申請人:通用電氣公司