CN1561546A - 开关器件 - Google Patents

开关器件 Download PDF

Info

Publication number
CN1561546A
CN1561546A CN02819185.4A CN02819185A CN1561546A CN 1561546 A CN1561546 A CN 1561546A CN 02819185 A CN02819185 A CN 02819185A CN 1561546 A CN1561546 A CN 1561546A
Authority
CN
China
Prior art keywords
diffusion
pnpn
transistor
district
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN02819185.4A
Other languages
English (en)
Inventor
昆瑞德·吕特赫斯
斯蒂芬·威尔顿·拜厄特
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bourns Ltd
Original Assignee
Bourns Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bourns Ltd filed Critical Bourns Ltd
Publication of CN1561546A publication Critical patent/CN1561546A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/74—Thyristor-type devices, e.g. having four-zone regenerative action
    • H01L29/747—Bidirectional devices, e.g. triacs
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/20—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils
    • F02D2041/2068—Output circuits, e.g. for controlling currents in command coils characterised by the circuit design or special circuit elements
    • F02D2041/2075—Type of transistors or particular use thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • F02P3/04—Layout of circuits
    • F02P3/0407—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means
    • F02P3/0435—Opening or closing the primary coil circuit with electronic switching means with semiconductor devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Thyristors (AREA)

Abstract

一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，包括：N型电导率半导体材料的第一(22)和第三(14)扩散层；P型电导率类型半导体材料的第二(20)和第四(16)扩散层；以及在第三层(14)中的具有N型电导类型的第一埋入区(18)，所述埋入区(18)与第二(20)和第三(14)层之间的连接处相邻。埋入区的杂质浓度大于第三层(18)，并且用于控制器件的开关电压。第一至第三扩散层形成晶体管(TR1)，并且电阻(28)形成为在晶体管(TR1)的基极和发射极扩散区(20，22)之间的晶体管基极扩散的一部分，用于控制器件的开关电流。

Description

开关器件
技术领域
本发明涉及用于火花发生器电路的开关器件。
背景技术
双向硅开关器件经常用在火花或脉冲发生器电路中，例如点燃煤气用具或用于灯的点火等。
在普通电路中，电源电压用于为电容器充电。当超过硅开关器件的转折电压时，器件触发进行传导，并且通过升压变压器的初级绕组使电容放电。变压器经过它的次级绕组产生非常高的电压，然后其经过火花间隙产生火花。该火花被用于点燃煤气用具。
这样的电路还可以用于产生点燃气体放电管形灯泡所需的高压。在高强度放电(HID)灯的情况下，需要为每个电源半周期提供多个(例如至少三个)点火脉冲。在开关器件中需要非常窄的电压窗，以便在电路产生期间保证所有的镇流器满足这样的需要。
通常所用开关器件是四层的PNPN器件，并且PNPN器件的开关电压特性必须严密受控，在电源电压中有变化地提供可靠地操作。如果器件的击穿电压太低，则在电容器中不能储存足够的能量来提供足够的火花。如果击穿电压太高，则将妨碍器件的触发。此外，触发电流必须受控，以便有足够的电流触发半导体器件，但是电流不应该太慢，以致在电容器放电后使器件仍保持接通。
简单的玻璃钝化PNPN器件一般用于开关器件，但很难制造这样的具有所需电容限的器件。
发明内容
由此，本发明提供一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，所述器件包括：第一电导率半导体材料的第一和第三扩散层；第二电导率半导体材料的第二和第四扩散层；以及在第三层中的具有第一电导率类型的第一埋入区，所述埋入区与第二和第三层之间的连接处相邻，埋入区的杂质浓度大于第三层；其中：所述埋入区用于控制器件的开关电压；所述扩散层形成晶体管；以及电阻形成在晶体管的基极和发射极扩散区之间，用于控制器件的开关电流。
有益地是，所述晶体管是NPN型晶体管，所述第二层形成所述晶体管基极区，所述第一层形成所述发射极区，所述电阻形成为所述晶体管的基极扩散的一部分。
在本发明的优选形式中，所述第一层是高度掺杂N+型发射极区，所述第二层是P型基极区，所述第三层是N型衬底，所述第四层是P型深阳极区，所述埋入区是N型扩散区。
本发明的还一种形式具有与所述PNPN器件反并联相连的PN二极管。
有益地是，所述PN二极管和所述PNPN器件制造为单片集成电路，所述二极管具有与N型扩散区相对的深阳极扩散。
优选地是，所述电阻使PNPN器件的基极区与反并联二极管的阳极相连。
在本发明的还一个优选形式中，两个这样的PNPN器件彼此反并联连接，以形成双向开关器件。各个电阻形成在每个所述PNPN器件的晶体管的基极扩散区与发射极扩散区之间，用于控制每个所述PNPN器件的开关电流，每个所述电阻使各个所述PNPN器件的基极区分别与所述PNPN器件的另一个的阳极相连。复合器件有益地制造为单片集成电路。
附图说明
下面将参考附图，通过例子，进一步描述本发明，其中：
图1是普通火花发生器电路的电路图；
图2是根据本发明的半导体开关器件的优选形式的剖面图；
图3是图2中器件的一半的等价电路；
图4是与图1中形式相类似的、根据本发明开关器件的第二形式的视图；
图5是与图1相类似的、使用图4中器件的电路图；
图6是与图2中形式相类似的、根据本发明开关器件的第三形式的视图；
图7是与图1中形式相类似的、示出使用图6中器件的电路的电路图；以及
图8是图6中器件的一半的等价电路图。
具体实施方式
参考图1，该图示出简单的火花发生器电路10，其中电容器C通过电阻器R由电源电压充电。电路具有PNPN双向半导体开关器件12，其在电容器C两端的电压超过器件12的导通电压时被触发进行电传导。这样通过升压变压器的初级绕组14对电容器进行放电。变压器经过它的次级绕组16产生非常高的电压，次级绕组16在火花间隙18之间产生火花。
参考图2，该图示出根据本发明的将使用图1中电路的半导体开关器件12的优选实施例的剖面图。
图2中所示器件是双向PNPN器件，其具有N型衬底14。P型深阳极区16通过扩散形成在N型衬底的相对侧上。然后，将更高度掺杂N型扩散18引入衬底14且在衬底的与每个深阳极区16相对的侧面上。然后，P型基极区20和高度掺杂N+型发射极区22扩散入衬底中。最后，金属和氧化层24、26被沉积，金属层形成器件的触点。
可以从图2中看出，器件包括两个反并联的PNPN结构。在每个结构的基极扩散20之下的N扩散18允许在制造过程中精确地设定器件的开关电压。大约200V的开关电压适于大多数点火器电路。
区域22和20形成NPN晶体管的发射极和基极区，同时区域18和14形成集电极区。
此外，扩散的电阻28在基极20的扩散过程中形成，这个电阻28将PNPN结构中的一个的阳极16以及相邻PNPN结构的NPN晶体管的发射极22连接至相邻PNPN结构的基极20。电阻28控制器件的开关电流。实际上，电阻28具有几千欧姆的值，以提供几百微安的良好受控的开关电流。
图1中电路的电容器可以沿电源电压周期的逆向和正向被充电，并且由于图2示出的器件可以在两个复数方向中开关，因此电路适于对应每个电源周期产生多个脉冲。
N型扩散18设置导通电压VBO。
通过将受控电压击穿区和良好限定的电阻28包括在PNPN器件中，可以制造出具有点火器电路所需的容限的双向开关。
图3是图2中PNPN结构中的一个的等价电路。晶体管TR1由图2中结构的发射极区22、基极区20和集电极区14和18形成。晶体管TR2由图2中结构的发射极区16、基极区14和集电极区20形成。器件上的电压施加在击穿二极管100和电阻28上。击穿二极管100通过基极扩散20和N型扩散18形成。一旦二极管100上的电压超过导通电压，二极管就开始导电，但是电阻28通过二极管100控制开关电流。当经过电阻28的电流增加时，它导通第一晶体管TR1，第一晶体管TR1依次导通第二晶体管TR2。
参考图4，该图示出与图2相类似的、但示出单向开关器件40的视图。可以看出，所述结构基本上与图2的左视图相同。器件40的与器件12的结构相类似的部分以相同的标号被给出。对应图4中结构的等价电路与图3中所示的相同。
在图4的结构中，扩散电阻28形成为基极扩散20的一部分，并且通过上金属层24的延伸30连接至器件的发射极。
图4的器件例如将用在诸如图5所示的电路中。这与图1中的电路相类似，相同的部件用相同的标号表示。然而，电容器C的充电通过桥式整流器19而被影响。结果，仅需要器件12沿一个方向开关。因为桥式整流器19提供了回流路径，所以在图4的结构中不需要反并联二极管。
图6是与图2的形式相类似的视图，示出了具有非对称结构的开关器件50。并且，与图2中部件相类似的部件用相同的标号表示。
在图6的器件中，左手部分中的结构与图2的左手部分相同。然而，右手结构形成反并联二极管29，并且具有与高度掺杂N+型扩散区22相反的深阳极扩散16。扩散的电阻28使左手PNPN结构的基极20与发射极区22以及与右手结构的深阳极16相连。
图6的器件的等价电路示出在图8中。
图6中的器件将用在例如示出在图7中的电路中。该电路与图1中的电路相类似，并且相同的部件用相同的标号表示。
在图7中，由于电容器C只沿一个方向(一个复数方向)充电，因此图5中的器件只需要沿一个方向开关。反并联二极管29为帮助电容器再次充电的电流提供振荡回路。该电路适于较低的开关速率，诸如用在煤气点火器中。

Claims (11)

1.一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，包括：
第一电导率半导体材料的第一(22)和第三(14)扩散层；
第二电导率类型半导体材料的第二(20)和第四(16)扩散层；以及
在第三层(14)中的具有第一电导率类型的第一埋入区(18)，所述埋入区(18)与第二(20)和第三(14)层之间的连接处相邻，埋入区的杂质浓度大于第三层(18)；
其中：
所述埋入区(18)用于控制器件的开关电压；
所述扩散层形成晶体管(TR1)；以及
电阻(28)形成在晶体管(TR1)的基极和发射极扩散区(20，22)之间，用于控制器件的开关电流。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述晶体管(TR1)是NPN型晶体管。
3.如权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述第二层(20)形成所述晶体管基极区，所述第一层(22)形成所述发射极区。
4.如权利要求1、2或3所述的器件，其特征在于，所述电阻(28)形成为所述晶体管(TR1)的基极扩散(20)的一部分。
5.如权利要求1至4中任一项所述的器件，其特征在于，所述第一层(22)是高度掺杂N+型发射极区，所述第二层(20)是P型基极区，所述第三层(14)是N型衬底，所述第四层(16)是P型深阳极区，所述埋入区(18)是N型扩散区。
6.一种复合PNPN器件，包括如权利要求1至5中任一项所述的PNPN器件以及与所述PNPN器件反并联相连的PN二极管(29)。
7.如权利要求6所述的复合器件，其特征在于，所述PN二极管(29)和所述PNPN器件制造为单片集成电路。
8.如权利要求6或7所述的复合器件，其特征在于，所述二极管(29)具有与N型扩散区(22)相对的深阳极扩散(16)。
9.如权利要求6，7或8所述的复合器件，其特征在于，所述电阻(28)使PNPN器件的基极区(20)与反并联二极管(29)的阳极(16)相连。
10.一种复合器件，包括两个如权利要求1至5中任一项所述的PNPN器件，所述两个器件彼此反并联连接，以形成双向开关器件；
其中，各个电阻(28)形成在每个所述PNPN器件的晶体管(TR1)的基极扩散区与发射极扩散区(20，22)之间，用于控制每个所述PNPN器件的开关电流；以及
每个所述电阻(28)使各个所述PNPN器件的基极区(20)分别与所述PNPN器件的另一个的阳极相连。
11.如权利要求11所述的复合器件，其特征在于，所述复合器件制造为单片集成电路。
CN02819185.4A 2001-09-28 2002-09-18 开关器件 Pending CN1561546A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB0123323.8A GB0123323D0 (en) 2001-09-28 2001-09-28 Ignitor circuit PNPN device
GB0123323.8 2001-09-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN1561546A true CN1561546A (zh) 2005-01-05

Family

ID=9922857

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN02819185.4A Pending CN1561546A (zh) 2001-09-28 2002-09-18 开关器件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20030062597A1 (zh)
EP (1) EP1430535A1 (zh)
JP (1) JP2005505137A (zh)
CN (1) CN1561546A (zh)
GB (1) GB0123323D0 (zh)
WO (1) WO2003030265A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171826A (zh) * 2008-07-30 2011-08-31 特里昂科技公司 分立半导体器件和形成密封沟槽结终端的方法
US8895399B2 (en) 2008-07-30 2014-11-25 Addison R. Crockett Integrated circuit and method of forming sealed trench junction termination

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4673844A (en) * 1985-09-30 1987-06-16 Texas Instruments Incorporated Starter circuit for a fluorescent tube lamp
GB2256743A (en) * 1991-06-11 1992-12-16 Texas Instruments Ltd A semiconductor component for transient voltage limiting
FR2719721B1 (fr) * 1994-05-09 1996-09-20 Sgs Thomson Microelectronics Protection d'interface de lignes téléphoniques.
FR2727571A1 (fr) * 1994-11-25 1996-05-31 Sgs Thomson Microelectronics Thyristor a sensibilite en retournement controlee

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102171826A (zh) * 2008-07-30 2011-08-31 特里昂科技公司 分立半导体器件和形成密封沟槽结终端的方法
US8895399B2 (en) 2008-07-30 2014-11-25 Addison R. Crockett Integrated circuit and method of forming sealed trench junction termination
CN102171826B (zh) * 2008-07-30 2015-04-29 阿狄森·R·克罗基特 分立半导体器件和形成密封沟槽结终端的方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005505137A (ja) 2005-02-17
EP1430535A1 (en) 2004-06-23
US20030062597A1 (en) 2003-04-03
GB0123323D0 (en) 2001-11-21
WO2003030265A1 (en) 2003-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4520294A (en) High pressure metal vapor discharge lamp
US3476976A (en) Starting device for discharge lamp
EP0118309A2 (en) Semi conductor device and starter circuit for a fluorescent tube lamp, provided with such a semi conductor device
JP6888961B2 (ja) 航空機点火システムに用いられる固体スパーク装置
JP3792296B2 (ja) 蛍光管用スタータ装置および装置を実現する半導体コンポーネント
CN1561546A (zh) 开关器件
US4572991A (en) Higher efficiency incandescent lighting unit having an improved ballast unit
KR900000829B1 (ko) 광기전력 릴레이
KR970063421A (ko) 반도체장치 및 그 제조방법
US6188180B1 (en) Ignition circuit for automotive high intensity discharge lamps
US5459373A (en) Mini-fluorescent lamp with automatic on/off
CN1383701A (zh) 点火电路
EP0565113B1 (en) High pressure vapor discharge lamp with a built-in igniter
US4503359A (en) Discharge lamp lighting device
JP3253731B2 (ja) 交流スイッチ
US4445074A (en) Starting circuits for discharge lamps
JP5017251B2 (ja) 保護回路及び照明装置
EP0590639B1 (en) A fluorescent lamp starter
US7161191B2 (en) HF-control SCR switch structure
JP2001244463A (ja) 半導体装置
US20050017263A1 (en) Voltage-controlled bidirectional switch
CN1174488A (zh) 荧光灯照明装置
KR100644214B1 (ko) 직렬 연결된 발광셀들의 어레이를 갖는 발광소자
RU2178959C1 (ru) Устройство для зажигания газоразрядной лампы
GB2034543A (en) Fluorescent lamp starting circuit

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication