CN1283309A - 半导体二极管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种半导体二极管,有两个形成阴极(20)和阳极(10)的电极。该二极管的特征在于,至少有一个电极是弯曲的,另一个电极的表面面积最大为另一个电极的宽度与弯曲电极内边长度的乘积的20%。本发明还涉及一种电路,在其结构中包括一个半导体二极管,有两个形成阴极(20)和阳极(10)的电极,该二极管的特征在于,至少有一个电极是弯曲的,另一个电极的表面面积最大为另一个电极的宽度与弯曲电极内边长度的乘积的20%。

Description

半导体二极管

本发明涉及含有由两个电极构成阴极和阳极的半导体二极管。

本发明还涉及一种电路，其中至少包括一个含有由两个电极构成阴极和阳极的半导体二极管。

二极管有两个不对称结构的极，其电阻取决于施加电压的极性和大小。二极管是由两种不同的材料制成的。其中至少有一种材料是半导体。两种不同的材料可以是一种半导体和一种金属，或者是有不同掺杂区的一种半导体。大多数不同掺杂的区域是由具有p-和n-掺杂区的同一种半导体构成的。

现有的二极管是：开关二极管、肖特基二极管、整流二极管、齐纳二极管、二端交流开关二极管、光电二极管、变容二极管、PIN二极管、阶跃恢复二极管、隧道二极管、反向二极管。

根据已知，在电极彼此之间、以及在单个电极与其所在的基片之间的电容由两种不同机制的作用引起。这是指势垒电容和扩散电容。

势垒电容是在反向在pn结上施加电压、仅只有很小的饱和电流流过时生成的。此外还有空间电荷。这就是说，反向偏置的二极管就像一个具有损耗的电容器。随着反向电压的增大，势垒层变宽。这就是说，在pn结上的载流子耗尽现象增加。结果是，势垒电容C_s随着反向电压U_r的增加而减少。当反向电压U_r=0时，势垒电容C_s达到最大值。势垒电容的最大值C_smax如下式所列： $C_{s\max }=C_s(U_r=0)=C_{\mathrm{so}}=A\·\sqrt{\frac{{\mathrm{\ϵ}}_o\·{\mathrm{\ϵ}}_r\·e}{2\left|U_d\right|\·\[\frac{1}{n_A}+\frac{1}{n_D}\]}}$

式中A是势垒层的截面面积；ε_r是相对介电常数。锗的是E_r，Ge≈16，硅的是E_r，si≈20。C_s与反向电压U_r的函数依存关系按下式进行近似计算： $C_s=\frac{C_{\mathrm{so}}}{\sqrt{1+\frac{U_r}{U_D}}}$

扩散电容相当于二极管内部的惯性，该惯性主要是由于在基区中的少数载流子的惯性形成的。当二极管正向工作时，在基区中既有多数载流子也有少数载流子流动。在该区中虽然是电中性的，但是电子或者空穴电荷的流入或流出，是用分开的电流(激励电流或扩散电流)进行。当正向电压产生小量的突然变化时，出于其惯性方面的原因，这种机制就会形成一个电容的作用。这种电容就称为扩散电容C_d。C_d与正向电流I_d成正比，并且其数值是： $C_d=\frac{e\·A}{2\·U_T\·\left|I_s\right|}\·(L_p+L_N)\·\frac{n_A\·n_D}{n_A+n_D}\·I_d$

在快速开关过程中，当一个导通的二极管突然间被置于反向状态时，扩散电容起作用。此时，在基区储存的电荷只有通过复合方才能够消失，二极管上的电压约按指数降低。

由此式明显可见，总电容与势垒层的截面面积成正比。出于这方面的原因，现有的半导体二极管的阴极区是直线形的。采用这种办法使势垒层截面积为最小。除此之外，现有的二极管就无法再进一步降低电容。这就使它在高频信号的用途中受到明显的制约。

ESD(Electrostatic Discharge[静电放电])保护二极管用于防止电子元件，例如场效应晶体管，或电路由于静电放电造成不可逆的损坏，不致对电路的功能造成严重的影响。为了实现这种功能，要将保护二极管连接在待保护元件或待保护电路和一个接地电位之间。由于保护二极管是反向连接的，只有很小的反向电流流过。该二极管需要有一种尽可能小的电容，借以尽可能降低对高频信号的衰减。现有的二极管固有的缺点在于它的电容过大，结果对于高频信号的衰减和畸变太大。

作为本发明基础的任务是要避免现有技术中的缺点。特别需要创造这样的一种半导体二极管，即在电极之间、以及在单个电极和基片之间达到尽可能小的电容。

按照本发明对于半导体二极管的类型可以这样完成这项任务，即至少有一个电极是弯曲的，另一个电极的表面面积最大为另一个电极的宽度与弯曲电极内边长度的乘积的20％。

因此本发明规定，利用经过加工成型的一个或多个电极来取代现有直线形电极。这种成型是通过弯曲实现的。

本发明另外规定，另一个电极的结构设计要使其面积小于弯曲电极的面积。另一个电极可以是阴极，也可以是阳极。弯曲电极可以由阳极来构成、也可以由阴极来构成。

本发明的一个特别适合的结构的特征在于，另一个电极的表面面积最大不超过另一个电极的宽度与弯曲电极内边长度的乘积的15％。

本发明的另一个有利结构的特点在于，另一个电极的表面面积最大为弯曲电极的表面面积的20％。

特别合适的是，将电气半导体二极管进行这样的结构设计，使其另一电极的表面面积最大为弯曲电极的表面面积的15％。

另外有利的是，弯曲电极的表面面积最大为15μm²。

本发明还进一步规定，对于按照所述类型的电路采用这样的结构设计，使其包含一种由两个电极构成阴极和阳极的半导体二极管，该半导体二极管的特征在于，至少有一个电极是弯曲的，并且另一电极的表面面积最大为另一电极的宽度与弯曲电极内边长度的乘积的20％。

半导体二极管最好是采用这样的结构，即弯曲电极的弯曲程度，使另一电极至少能够部分地被弯曲电极包围住。半导体二极管的这种结构形状可以进一步降低电容的容量。

弯曲电极原则上可以是任何一种形状。使弯曲电极和另一个电极之间产生的电容特别小的办法是，弯曲电极呈点对称。

当弯曲电极至少是分段圆弧的形状时，就可以使电容的容量既低又可精确的规定。

本发明特别合适的半导体二极管结构的特征在于，弯曲电极是圆环形的。

另一种合适之处在于，另一个电极是圆形的。

当另一电极的形状是多边形时，即可以使电容量达到小而又精确的程度。此处的多边形应理解为至少具有三个角的平面形状。

为了进一步降低弯曲电极和另一电极之间的电容，最好是使另一电极位于弯曲电极的中心。

根据从属权利要求以及借助以下附图所示的优选实施例，可以了解有利的改进结构和本发明的特点。

由图可见：

图1本发明半导体二极管的第一实施结构的俯视图。

图2现有半导体二极管的俯视图。

图3本发明半导体二极管的另一个实施结构的俯视图。

图1中所示的两个半导体二极管是在图中未绘出的结构平面上彼此并联的。

图中的阴极20设在阳极10的中点上。阴极20的直径d_k=2r_k，相当于在半导体二极管的制造工序中的最小可能结构宽度。单个阴极的边长w_k=2πr_k ²。单个半导体二极管的阴极面积：A_kk=πr_k ²。

为了求算所希望的总边长w，必须将N_k个结构元件并联。N_k个需用结构元件的N_k=W/W_k。

总阴极面积按下式计算：

A_KG=N_k×A_Kk=wπr_k ²/(2πr_k)=wr_k/2

在相同的总边长时总阴极面积A_KG只等于按照以下图2所示的直线结构总阴极面积A_k1的一半。

通过图示的结构还可以取得屏蔽外来电磁场的有利效果。这种结构还有另外一种附带的优点，即同时能够取得容量特小、精确定量的电容。

根据图2所示的半导体二极管属于现有技术水平。是直线形结构。总边长w是由阴极50的两个面向阳极40和60的边长w/2构成的。总阴极面积A_k1等于：

A_k1=2r_k×w/2=wxr_D。

由根据图3所示的本发明半导体二极管结构形状可见，在阴极130和阳极110之间有一个宽度优先为0.4至1.3μm小狭窄隔离带120。隔离带120的宽度确定阴极130和阳极110之间的最大电流强度。

Claims (13)

1．半导体二极管，有两个构成阴极(20，130)和阳极(10，110)的电极，其特征在于，至少有一个电极是弯曲的，另外一个电极的表面面积最大为另外一个电极的宽度与弯曲电极的内边长度乘积的20％。

2．如权利要求1的半导体二极管，其特征在于，另一个电极的表面面积最大为另一个电极的宽度与弯曲电极内边长度乘积的15％。

3．如权利要求1或2之一的半导体二极管，其特征在于，另一个电极的表面面积最大为弯曲电极表面面积的20％。

4．如权利要求3的半导体二极管，其特征在于，另一个电极的表面面积最大为弯曲电极的表面面积的15％。

5．如权利要求1至4之一的半导体二极管，其特征在于，弯曲电极的表面面积最大为15μm²。

6．如权利要求1至5之一的半导体二极管，其特征在于，弯曲电极的弯曲程度使另一电极至少能够部分地由弯曲电极包围住。

7．如权利要求1至6之一的半导体二极管，其特征在于，弯曲电极为点对称。

8．如权利要求7的半导体二极管，其特征在于，弯曲电极至少是分段的圆弧的形状。

9．如权利要求8的半导体二极管，其特征在于，弯曲电极是环形。

10．如权利要求1至9之一的半导体二极管，其特征在于，另一个电极是圆形。

11．如权利要求1至10之一的半导体二极管，其特征在于，另一个电极是多边形。

12．如权利要求1至11之一的半导体二极管，其特征在于，另一个电极位于弯曲电极的中心。

13．电气线路，其特征在于，至少包含如权利要求1至12中的一种半导体二极管。

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