CN101005100A - N沟道大功率半导体恒电流二极管及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种N沟道大功率半导体恒电流二极管及其制作方法，利用结型场效应管JFET作为小电流恒流源，向担任电流扩展的双极型晶体管提供恒定基极电流，经过双极型晶体管成比例(线性)放大(扩展)成为大恒定电流。本发明的特点是通过半导体器件结构的物理过程实现恒流特性，不是集成电路和电子模块(组件)的技术。本发明具有利用半导体物理特性、实现恒流电路的功能，而且结构简单，采用电流扩展方法可以直接恒流驱动负载的优点，表现于现有二极管的一些技术特征，也可以作为恒电流电源直接驱动负载。

Description

N沟道大功率半导体恒电流二极管及其制作方法
技术领域
本发明涉及一种利用半导体结构的物理过程实现恒电流特性的N沟道大功率半导体恒电流二极管及其制作方法，属于二端半导体器件技术领域。
背景技术
现有技术中，恒电流源是电子设备和装置中常用的一种技术，一般采用电子模块或集成电路实现。恒电流二极管是实现恒流源的一种半导体器件。目前国际国内的恒流二极管通常都是小电流、小功率的产品(输出电流：0.5mA-10mA；)，主要用于电子电路中的基准电流设定。由于电流、功率过小，不能直接驱动负载。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种利用半导体物理特性、可以直接驱动负载的N沟道大功率半导体恒电流二极管及其制作方法，以克服现有技术的不足。
本发明的N沟道大功率半导体恒电流二极管制作方法，在N型半导体衬底(2)上扩散出一个P型半导体区域(6)和一个P型半导体区域(3)，在P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)之间形成N型半导体(4)作为N型沟道结型场效应管JFET；在N型半导体(4)沟道上扩散N+型半导体区域(7)，将P型半导体区域(3)、N+型半导体区域(7)、P型半导体区域(6)通过金属电极(8)互连，形成小电流恒流源；在P型半导体区域(3)上扩散出N+型半导体(5)，N+型半导体(5)连接金属电极(9)作为负极，N型半导体衬底(2)下面连接金属电极(1)作为正极。
本发明的N沟道大功率半导体恒电流二极管，它包括N型半导体衬底(2)，在N型半导体衬底(2)下连接有金属电极(1)，在N型半导体衬底(2)上设有P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)，在P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)之间设有N型沟道(4)，在N型沟道(4)上设有N+型半导体(7)，P型半导体区域(3)、N+型半导体区域(7)与P型半导体区域(6)通过金属电极(8)连接，在P型半导体区域(3)上设有N+型半导体(5)，N+型半导体(5)连接有金属电极(9)。金属电极(9)的输出电流为20mA-1A。
本发明的特点是通过半导体器件结构的物理过程实现恒流特性，不是集成电路和电子模块(组件)的技术。电子模块组件是采用电子器件(包括集成电路)在电路板上按电路方式组装构成，体积较大。集成电路是将电子元器件按电路方式制作在一块半导体材料上，集成电路的结构复杂，特别是大功率集成电路。集成电路和电子模块(组件)都是多端口电子部件，安装使用不便。本发明利用结型场效应管JFET作为小电流恒流源，向担任电流扩展的双极型晶体管提供恒定基极电流，经过双极型晶体管成比例(线性)放大(扩展)成为大恒定电流。在半导体材料上采用半导体器件结构实现其物理功能。同现有的集成电路和电子模块(组件)技术相比，本发明具有利用半导体物理特性、实现恒流电路的功能，而且结构简单，采用电流扩展方法可以直接恒流驱动负载的优点，表现于现有二极管的一些技术特征，也可以作为恒电流电源直接驱动负载。
附图说明
附图1为本发明的结构示意图；
附图2为本发明的等效电路图；
附图3为本发明恒流二极管的电路特性图。
具体实施方式
本发明的实施例：在N型半导体衬底(2)上扩散出一个P型半导体区域(6)和一个P型半导体区域(3)，在P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)之间形成N型半导体(4)作为N型沟道结型场效应管JFET。在N型半导体(4)沟道上扩散出N+型半导体区域(7)，通过金属电极(8)将P型半导体区域(3)、N+型半导体区域(7)和P型半导体区域(6)连接在一起，形成小电流恒流源。在P型半导体区域(3)上扩散出N+型半导体(5)，N+型半导体(5)连接金属电极(9)和导线作为负极。N型半导体衬底(2)下面连接金属电极(1)和导线作为恒流二极管的正极。在半导体材料上方设有一层二氧化硅(10)。
本发明等效电路如图2所示，I1是小电流恒流源，经电流放大单元将I1的电流扩展，形成大电流恒流源。本发明采用N型半导体(2)作为集电极，N型半导体(2)上的P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)作为栅极，在2个栅极区域之间留有N型半导体沟道(4)作为N型沟道结型场效应管JFET。P型半导体区域(3)上的N+型半导体(5)作为双极型晶体管的发射极，P型半导体区域(3)既作为N型沟道结型场效应管JFET的栅极又作为双极型晶体管的基极，N型半导体衬底(2)作为双极型晶体管集电极。通过上述半导体结构实现大功率恒电流输出。
本发明的器件特性相当于一个大功率恒电流二极管(如图3所示)，金属电极(9)的输出电流可达到20mA-1A系列的输出恒定电流，而当前普通的恒电流二极管只能输出0.5mA-10mA的电流。

Claims (3)

1.一种N沟道大功率半导体恒电流二极管制作方法，其特征在于：在N型半导体衬底(2)上扩散出一个P型半导体区域(6)和一个P型半导体区域(3)，在P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)之间形成N型半导体(4)作为N型沟道结型场效应管JFET；在N型半导体(4)沟道上扩散N+型半导体区域(7)，将P型半导体区域(3)、N+型半导体区域(7)、P型半导体区域(6)通过金属电极(8)互连，形成小电流恒流源；在P型半导体区域(3)上扩散出N+型半导体(5)，N+型半导体(5)连接金属电极(9)作为负极，N型半导体衬底(2)下面连接金属电极(1)作为正极。
2.如权利要求1所述的N沟道大功率半导体恒电流二极管，它包括N型半导体衬底(2)，其特征在于：在N型半导体衬底(2)下连接有金属电极(1)，在N型半导体衬底(2)上设有P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)，在P型半导体区域(6)和P型半导体区域(3)之间设有N型沟道(4)，在N型沟道(4)上设有N+型半导体(7)，P型半导体区域(3)、N+型半导体区域(7)与P型半导体区域(6)通过金属电极(8)连接，在P型半导体区域(3)上设有N+型半导体(5)，N+型半导体(5)连接有金属电极(9)
3.根据权利要求2所述的N沟道大功率半导体恒电流二极管，其特征在于：金属电极(9)的输出电流为20mA-1A。
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WO2013139140A1 (zh) * 2012-03-19 2013-09-26 无锡华润华晶微电子有限公司 一种功率集成电路

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