JPS6050074B2 - 定電圧ダイオ−ド - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は定電圧ダイオードに係り、特に降伏電圧の温
度変化率が小さい定電圧ダイオードに関する。

定電圧ダイオードの一般的な電圧−電流特性を第１図
に示す。

素子に印加する逆電圧を増加していくとある電圧から逆
電流が急増する。この現象は降伏現象と呼ばれ、立上り
電圧が５Ｖ以下の場合はツェナー降伏、６Ｖ以上の場合
はアバランシエ降伏と異なる機構によるものてあり、中
間領域では２つの現象が混在した状態となつている。こ
の降伏現象は通電する逆電流、すなわち接合中で消費す
る電力がある一定限度以下であれば可逆的であり、定電
圧ダイオードはこの現象を利用したものてある。 ツェ
ナー降伏とは、Ｐ−Ｎ接合に逆電圧が印加されると接合
の両側に、空乏層が生じ、その層内に高い電界が生じる
。

この内容電界がきわめて高い 場合（一般には１Ｃｆ’
ＶＩＣＥＬ程度以上とされている）は電界の力て原子価
結合が直接たちきられ、キャリア（電子と正孔）が発生
するトンネル効果によつて電気伝導が生ずる。トンネル
効果によつてキャリアが発生する確率は半導体材料のバ
ンド理論における禁止帯幅に依存する。禁止帯幅は温度
上昇により狭くなるので温度上昇と共にトンネル効果に
よるキャリアの発生確率が増大し、電流が流れやすくな
る。すなわちツェナー降伏の温度特性は立上り電圧が負
の温度特性を示す。 Ｐ−Ｎ接合に逆電圧を印加すると
第１図のように初めはわずかな逆電流が流れる。

これは小数キャリアが空乏層を通過して反対側に移動す
ることにより生するものである。このとき内部電界によ
つてキャリアが加速されて原子と衝突し、原子をイオン
化して電子と正孔を作り出す。前記イオン化によつて生
じたキャリアがさらに同じ作用で別の電子、正孔を作る
といつた効果が順次累積され、ついにはなだれ的に大き
な電流を流すにいた身る。この現象がアバランシエ降伏
である。アバランシエ降伏の温度特性は内部電界によつ
て加速されるキャリアのエネルギに依存し、温度が上昇
すると原子の熱振動が大きくなり、通過するキャリアは
散乱され、エネルギが失なわれる。このため一アバラン
シエ降伏にいたるにはより高い電圧を必要とするので、
立上り電圧は正の温度特性を示す。 以上のツェナー降
伏とアバランシエ降伏における降状電圧と降状電圧温度
変化率との関係を第２図に示す。

この場合のツェナー電圧の試験電流は１００ｐＡてある
。従来降状電圧の温度変化率の小さい定電圧ダイオード
としては、降状電圧域が４〜６Ｖの素子しか使用てきな
かつた。しかし電子工業の進歩に伴ない種々の降状電圧
を有する定電圧ダイオードが要求される様になつてきた
。このため、従来よりダイオードの順方向温度特性が一
１．５ｒｒＬＶＩ℃程度であることを利用して、アバラ
ンシエ降状素子に補償用ダイオードを逆直列接続するこ
とが提案されているが、この場合は所要定電圧が大とな
るにつれて補償用ダイオードの数が増加するので構造が
複雑となり、信頼性低下の原因となる欠点があつた。本
発明の目的は降状電圧の温度変化率が小さく、しかも任
意の降状電圧を有する定電圧ダイオードを提供すること
にある。

以上の目的は前記したツェナー降状の温度特性とアバラ
ンシエ降状の温度特性が逆てあることを積極的に利用し
、ツェナ降状による半導体（シリコン）ペレットとアバ
ランシエ降状による半導体（シリコン）ペレットを複数
個極性をそろえて直列接続することにより目的の降状電
圧を得ると共に、降状電圧の温度変化が正負て打消し合
うようにツェナ降状ペレットとアバランシエ降状ペレッ
トを組合せることにより達成することがてきる。以下に
本発明による定電圧ダイオードの実施例を示す。

定電圧ダイオードの所要降状電圧を１０■とした場合、
第２図の特性から降状電圧３．５Ｖのツェナー降状ペレ
ットと降状電圧６．５Ｖのアバランシエ降状ペレットを
各１枚組合せればよいことがわかる。ツェナー降状をす
るためにはペレットは空乏層の拡がりを小さくするため
基板の不純物濃度を大きく、Ｐ−Ｎ接合付近の不純物濃
度分布を階段状（ステップジャンクション）にする必要
．があるので合金法と称する方法によりＰ−Ｎ接合を形
成する。１例として、Ｎ形シリコンウェハ３１の片面に
エピタキシャル法で高不純物濃度Ｎ形層３３が成長後、
両面に合金時Ｐ形不純物源になると共にペレットを電極
リード７１（第５図）及・ひ他のペレットと固着するた
めの金属膜としてアルミニウム層３２ａ，３２ｂを真空
蒸着法により蒸着し、所定の径にペレタイズすると第３
図に示すツェナー降状ペレット３が得られる。

この際降状電圧はＮ形シリコンウェハ３１の不純物濃度
を適当に選択することでコントロールできる。一方、ア
バランシエ降状をするペレットはＰ形ウェハ４１にリン
を不純物として拡散し、Ｎ形領域４２と拡散Ｐ−Ｎ接合
４３を形成後、その両主面にアルミニウム層４４ａ，４
４ｂを真空蒸着法により付け、所定の径にペレタイズす
ることにより第４図に示すアバランシエ降状ペレット４
が得られる。この際降状電圧はＰ形ウェハ４１の不純ノ
物濃度及び拡散Ｐ−Ｎ接合４３付近の不純物濃度分布を
適当にコントロールすることにより所定の電圧とするこ
とができる。第３図、第４図のペレット３，４を第５図
に示す様に極性をそろえて電極リード７１ａ，７１ｂ・
の間に直列にセットし、アルミニウムの融点以上の温度
で熱処理理を施して両ペレット３，４を電極リード７１
ａ，７１ｂに固着する。

この熱処理時に、ツェナー降状ペレット３内に合金Ｐ−
Ｎ接合３４が形成される。次に各ペレットのＰ−Ｎ接”
合を洗浄するためのエッチング工程をへて、ガラス粉末
と蒸溜水を混合したガラススラリ７５を巻きつけ、６０
０〜７００゜Ｃの温度て熱処理をし、前記ガラススラリ
７５を溶融固化する。以上の工程をへて第５図に示す定
電圧ダイオードが得られる。従来の素子は第２図に示す
様に１０■の降状電圧とした場合、６ｗＬＶＩｄｅｇの
降状電圧温度変化率を有するが、本発明によるものはツ
ェナー降状ペレット３の−２．３７ＴＬＶＩｄｅｇとア
バランシエ降状ペレット４の＋２．３ｍＶＩｄｅｇが打
消し合い、ほとんど温度変化による降状電圧の変化がな
い定電圧ダイオードとなる。すなわち、本発明によれば
、最小の素子数で温度変化率の極めて小さい定電圧ダイ
オードが得られるので、構造が簡単となり、信頼性が向
上する。以上の説明では、ツェナー降状ペレットおよび
アバランシエ降状ペレットを１対の電極リード間に積層
固定して一体化する熱処理時にツェナー降状ペレットの
Ｐ−Ｎ接合が形成される例をあげたが、前記熱処理前に
Ｐ−Ｎ接合を形成しておいてもよいことはもちろんであ
る。

また両種のペレットを同一の絶縁体内にモールドするこ
とは必すしも必要ではなく、互いに別体として単に直列
接続するだけでも本発明の目的が達成てきる点に変りは
ない。さらに、両種のペレットの組合せ数も１個ずつに
限定されるものてはなく、それら全体を総合した降状電
圧の温度変化率がほぼ０になるようにその所要定電圧に
したがつて任意に選ぶことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はダイオードの降状現象を説明するための■−１
特性図、第２図は降状電圧と降状電圧温度変化率の関係
を示す図、第３図は本発明に用いられる合金型ツェナー
降状ペレットの断面図、第４図は本発明に使用される拡
散型アバランシエ降状ペレットの断面図、第５図は本発
明の１実施例の断面図てある。 ３・・・・・・ツェナー降状ペレット、４・・・・・・
アバランシエ降状ペレット、７１・ ・・電極リード、
７５・・・・・絶縁物。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ツェナー降伏定電圧ダイオード素子とアバランシエ
   降伏定電圧ダイオード素子とを電気的極性が一致するよ
   うに直列接続し、それぞれの降伏電圧温度変化率を相殺
   するようにしたことを特徴とする定電圧ダイオード。 ２ それぞれの定電圧ダイオード素子を１対の電極リー
   ド間に積層固定し、その外側を絶縁体で覆つたことを特
   徴とする第１項記載の定電圧ダイオード。