RU2651624C1 - Method of voltage limiters manufacturing - Google Patents
Method of voltage limiters manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2651624C1 RU2651624C1 RU2016149014A RU2016149014A RU2651624C1 RU 2651624 C1 RU2651624 C1 RU 2651624C1 RU 2016149014 A RU2016149014 A RU 2016149014A RU 2016149014 A RU2016149014 A RU 2016149014A RU 2651624 C1 RU2651624 C1 RU 2651624C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- silicon
- junctions
- type conductivity
- limiters
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 title abstract description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 36
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 36
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 35
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims abstract description 31
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 19
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 10
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000003708 ampul Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical group [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 4
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 6
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005288 electromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000007496 glass forming Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. 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
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области конструирования и производства мощных кремниевых ограничителей напряжения (защитных диодов), преимущественно с напряжениями пробоя от 3 до 15 В, предназначенных для защиты электронных компонентов - интегральных микросхем и полупроводниковых приборов в радиоэлектронной аппаратуре (РЭА) от воздействия мощных импульсных электрических перенапряжений различного рода, - коммутационного характера, действия электростатического разряда или наведенных в электрических сетях вследствие грозовых разрядов, или, например, электромагнитных воздействий ядерного взрыва.The invention relates to the field of design and production of high-power silicon voltage limiters (protective diodes), mainly with breakdown voltages from 3 to 15 V, designed to protect electronic components - integrated circuits and semiconductor devices in electronic equipment (REA) from exposure to powerful pulsed electrical overvoltages of various kind, - of a switching nature, the action of an electrostatic discharge or induced in electric networks due to lightning discharges, or, on Example, the electromagnetic effects of a nuclear explosion.
Уровень техникиState of the art
Кремниевые ограничители напряжения - силовые защитные полупроводниковые приборы (ППП), способные выдерживать неоднократное воздействие мощных импульсов тока (напряжения) без деградации собственных электрических характеристик, что характеризуется, в первую очередь, возрастанием обратного тока (ток утечки) p-n-перехода, лежащего в основе таких приборов. Устойчивость ППП к воздействию таких импульсов тем больше, чем глубже залегание p-n-перехода в кремниевом кристалле. Для силовых приборов достаточной глубиной залегания p-n-переходов следует считать глубину не менее 10 мкм [1]. Относительно высоковольтные p-n-переходы силовых ППП с напряжением пробоя свыше 10…15 Вольт изготавливаются либо длительной высокотемпературной диффузией фосфора или бора в кремний, соответственно n- или p-типа проводимости, или способом толстослойной эпитаксии, что позволяет получать p-n-структуры с практически любой требуемой глубиной залегания p-n-перехода. Для низковольтных p-n-переходов с напряжением пробоя менее 10 В получение таких p-n-структур в кремнии - достаточно серьезная технологическая проблема в связи с тем, что низковольтные p-n-переходы необходимо формировать в сильно легированном кремнии с концентрацией базовой примеси на уровне 1018…1020 см-3. Причем необходимо использовать легирующую (компенсирующую) примесь с соответствующей высокой предельной растворимостью и, в соответствии с присущим ей коэффициентом диффузии, выбирать специальные режимы (температура, время) диффузии, обеспечивающие требуемые характеристики силового p-n-перехода, в частности глубину его залегания. Фосфор и бор отличаются недостаточной для требуемого уровня предельной растворимостью в кремнии. Техника толстослойной эпитаксии в России также не обеспечивает получение качественных p-n-структур с напряжением пробоя ниже ~15 Вольт.Silicon voltage limiters are power protective semiconductor devices (PPP) that can withstand repeated exposure to powerful current pulses (voltage) without degradation of their own electrical characteristics, which is characterized, first of all, by an increase in the reverse current (leakage current) of the pn junction underlying such appliances. The stability of the SPP to the effects of such pulses is the greater, the deeper the occurrence of the pn junction in a silicon crystal. For power devices, a depth of at least 10 μm should be considered a sufficient depth of pn junctions [1]. Relatively high-voltage pn junctions of power SPPs with breakdown voltages of more than 10 ... 15 Volts are produced either by long-term high-temperature diffusion of phosphorus or boron into silicon, respectively, of n- or p-type conductivity, or by the method of thick-layer epitaxy, which allows one to obtain pn-structures with practically any desired the depth of the pn junction. For low-voltage pn junctions with a breakdown voltage of less than 10 V, obtaining such pn structures in silicon is a rather serious technological problem due to the fact that low-voltage pn junctions must be formed in heavily doped silicon with a base impurity concentration of 10 18 ... 10 20 cm -3 . Moreover, it is necessary to use an alloying (compensating) impurity with the corresponding high ultimate solubility and, in accordance with its inherent diffusion coefficient, select special diffusion regimes (temperature, time) that provide the required characteristics of the pn junction force, in particular, its depth. Phosphorus and boron are characterized by insufficient extreme solubility in silicon for the required level. The thick-layer epitaxy technique in Russia also does not provide high-quality pn structures with a breakdown voltage below ~ 15 Volts.
Задача настоящего изобретения - создание способа изготовления низковольтных ограничителей напряжения на основе кремниевых p-n-структур (кристаллов) с напряжениями пробоя от 3 до 15 В с p-n-переходами, залегающими на достаточной для силовых ППП глубине, т.е. на глубине не менее 10 мкм.The objective of the present invention is to provide a method for manufacturing low voltage voltage limiters based on silicon p-n structures (crystals) with breakdown voltages from 3 to 15 V with p-n junctions lying at a depth sufficient for power SPTs, i.e. at a depth of at least 10 microns.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Имеются значительные технологические проблемы получения мощных низковольтных ограничителей напряжения - защитных диодов. В основном это касается ограничителей напряжения с напряжением пробоя ниже ~15 В и особенно - ниже ~6 В. Достаточно привести пример значений основных электрических параметров серий выпускаемых в мире ограничителей напряжения, представленных в Data Sheets практически всех зарубежных фирм - производителей мощных (более 0,5 кВт) ограничителей напряжения (transient voltage suppressors) [2, 3]. Все эти серии начинаются с номинала с напряжением пробоя 6.8 В и в основе конструкции таких ограничителей напряжения лежит один кремниевый кристалл (кремниевая p-n-структура). Работа таких однокристальных ограничителей напряжения основана на эффекте обратимого электрического пробоя обратно смещенных p-n-переходов. Соответственно, p-n-структуры в конструкциях таких ограничителей напряжения в рабочем положении ориентированы в обратном направлении вольт-амперной характеристики (ВАХ) относительно импульса электрической перегрузки, защитой от которого они служат.There are significant technological problems in obtaining powerful low-voltage voltage limiters - protective diodes. This mainly concerns voltage limiters with breakdown voltage below ~ 15 V and especially below ~ 6 V. It is enough to give an example of the values of the main electrical parameters of the series of voltage limiters produced in the world, presented in Data Sheets of almost all foreign manufacturers of powerful (more than 0, 5 kW) transient voltage suppressors [2, 3]. All these series begin with a rating with a breakdown voltage of 6.8 V and the basis of the design of such voltage limiters is a single silicon crystal (silicon p-n-structure). The operation of such single-chip voltage limiters is based on the effect of reversible electrical breakdown of reverse biased p-n junctions. Accordingly, the p-n structures in the structures of such voltage limiters in the operating position are oriented in the opposite direction of the current-voltage characteristic (CVC) relative to the electrical overload pulse, which they serve as protection against.
Проблемы получения низковольтных, с напряжением пробоя от 3 до 15 В, однокристальных ограничителей напряжения обусловлены в основном тем, что p-n-переход в кристалле силовых полупроводниковых приборов, каковыми являются ограничители напряжения и которые по своему предназначению должны многократно ограничивать напряжение перегрузки и рассеивать (отводить) мощности импульсных воздействий значительной величины, в частности, порядка от 0,5 до 5,0 кВт, что характерно для наиболее распространенных типов ограничителей напряжения, должен быть расположен на как можно большей глубине, минимум - на глубине (Xj) порядка 10 мкм [1]. В случае низковольтных ограничителей - в сильно легированном кремнии, т.е. с концентрацией базовой примеси (Nx) на уровне и выше 1⋅1018 см-3. Создать p-n-переход, т.е. перекомпенсировать базовую легирующую примесь такой величины и до такой глубины общепринятыми способами и с применением типичных легирующих примесей - фосфора или бора практически невозможно.The problems of obtaining low-voltage, with a breakdown voltage of 3 to 15 V, single-chip voltage limiters are mainly due to the fact that the pn junction in the crystal of power semiconductor devices, which are voltage limiters and which, by their purpose, must repeatedly limit the overload voltage and dissipate (discharge) power pulse effects of significant magnitude, in particular, of the order of 0.5 to 5.0 kW, which is typical for the most common types of voltage limiters, should be olozhen at depth as much as possible, at least - at a depth (Xj) of about 10 microns [1]. In the case of low-voltage limiters, in heavily doped silicon, i.e. with a concentration of base impurity (Nx) at and above 1⋅10 18 cm -3 . Create a pn junction, i.e. it is practically impossible to overcompensate the basic dopant of such a magnitude and to such a depth by conventional methods and using typical dopants - phosphorus or boron.
Известна фирма, презентующая производство 1,5 кВт-ных ограничителей напряжения с Unpo6 ниже 6,8 В, а именно ограничителей напряжения с Uпроб 6,2 В, предназначенных для защиты РЭА с напряжением питания 5 В [4]. Примечательно, что эти ограничители представлены вне типового ряда серий ограничителей, начинающихся с номинала 6,8 В, что, очевидно, свидетельствует о неких особенностях технологии их производства. Информация об этих технологиях в свободном доступе отсутствует. Известно только, что это - также однокристальные приборы, в основе конструкции которых - кремниевые p-n-структуры, работающие на эффекте обратимого электрического пробоя при воздействии импульсного перенапряжения на обратно смещенный p-n-переход.A well-known company that presents the production of 1.5 kW voltage limiters with Unpo6 below 6.8 V, namely voltage limiters with Uprob 6.2 V, designed to protect REA with a supply voltage of 5 V [4]. It is noteworthy that these limiters are presented outside the standard series of series of limiters starting with a nominal value of 6.8 V, which, obviously, indicates some features of the technology for their production. Information about these technologies is not freely available. It is only known that these are also single-chip devices based on silicon p-n structures operating on the effect of reversible electrical breakdown under the influence of pulse overvoltage on the reverse biased p-n junction.
Для формирования сверхнизковольтных p-n-структур, т.е. с напряжением пробоя менее 6 В, предназначенных для защиты РЭА с напряжениями питания менее 5 В, например, 3 В, необходим кремний с концентрацией базовой примеси более 1019 см-3, что находится практически на пределе уровня легирования кремния. Для перекомпенсации базовой примеси такого уровня, т.е. для создания сверхнизковольтных p-n-переходов, требуется легирующая примесь противоположного типа проводимости, предельная растворимость которой в кремнии на один-два порядка выше концентрации базовой легирующей примеси, а условия формирования низковольтного p-n-перехода ограничителя напряжения диффузией должны обеспечивать предельно высокие концентрации компенсирующей примеси на глубине до и более 10 мкм. Анализ известных методов формирования p-n-структур: диффузия в газовой фазе, диффузия из стеклообразующих пленок, из твердых источников, выявляет определенные ограничения по удовлетворению требований к технологии получения низковольтных силовых p-n-структур по обеспечению предельно высокой поверхностной концентрации легирующей примеси и значительной глубины залегания p-n-переходов. Получение силовых p-n-структур с напряжением пробоя от 6 В и более и ограничителей напряжения на их основе является практически пределом возможностей этих технологий.For the formation of ultra-low voltage pn structures, i.e. with a breakdown voltage of less than 6 V, designed to protect REA with supply voltages of less than 5 V, for example, 3 V, silicon is necessary with a concentration of the base impurity of more than 10 19 cm -3 , which is almost at the limit of the level of silicon doping. To overcompensate the basic impurity of this level, i.e. To create ultra-low-voltage pn junctions, a dopant of the opposite type of conductivity is required, the ultimate solubility of which in silicon is one or two orders of magnitude higher than the concentration of the basic dopant, and the conditions for the formation of a low-voltage pn junction of the voltage limiter by diffusion should provide extremely high concentrations of compensating impurities at a depth of and more than 10 microns. An analysis of the known methods for the formation of pn structures: diffusion in the gas phase, diffusion from glass-forming films, from solid sources, reveals certain restrictions on satisfying the requirements for the technology for producing low-voltage power pn structures to ensure an extremely high surface concentration of the dopant and a significant depth of pn- transitions. Obtaining power pn-structures with a breakdown voltage of 6 V or more and voltage limiters based on them is practically the limit of the capabilities of these technologies.
Отечественное производство эпитаксиальных p-n-структур обеспечивает получение силовых р-n-структур с воспроизводимым минимальным напряжением пробоя лишь порядка 15 В.Domestic production of epitaxial p-n structures provides power p-n structures with a reproducible minimum breakdown voltage of only about 15 V.
Прогрессивный метод ионного легирования также не обеспечивает требования к низковольтным p-n-структурам силовых полупроводниковых приборов: получение достаточно высоких уровней легирования и достаточных глубин залегания p-n-переходов, - даже при предельно достижимых в настоящее время энергиях и дозах легированияThe progressive ion doping method also does not meet the requirements for low-voltage p-n structures of power semiconductor devices: obtaining sufficiently high doping levels and sufficient depths of p-n junctions, even at the currently extremely attainable doping energies and doses
Наиболее близким по достигаемой цели, т.е. получения низковольтных, в том числе с напряжениями пробоя ниже 6,0 В, кремниевых ограничителей напряжения, который можно считать прототипом, является способ изготовления низковольтных ограничителей на основе принципа последовательного соединения определенного количества кремниевых p-n-структур, ориентированных, в рабочем положении, в прямом направлении вольт-амперной характеристики (ВАХ).The closest to the achieved goal, i.e. for producing low-voltage, including breakdown voltages below 6.0 V, silicon voltage limiters, which can be considered a prototype, is a method of manufacturing low-voltage limiters based on the principle of series connection of a certain number of silicon pn-structures, oriented, in the working position, in the forward direction volt-ampere characteristics (CVC).
Производитель низковольтных ограничителей, использующий этот принцип, - фирма General Semiconductor Industries, Inc. [5]: серия 1,5 кВт-ных ограничителей напряжения типов от GHV-2 до GHV-16 (напряжения пробоя от 1.33 В до 10.7 В) с симметричной ВАХ. Многокристальная конструкция ограничителей этого рода представляет собой два, включенных навстречу друг другу "столба" из ряда соединенных последовательно кремниевых p-n-структур, ориентированных в прямом направлении ВАХ. Результирующее напряжение пробоя таких низковольтных ограничителей есть, таким образом, сумма падений прямых напряжений ряда p-n-переходов, смещенных в прямом направлении. Значение величины падения прямого напряжения каждого из таких p-n-переходов находится на уровне от 0,6 В до 0,7 В. Т.е., например, конструкция каждого из "столбов" ограничителя напряжения на основе прямосмещенных кремниевых p-n-структур с напряжением пробоя 3,3 В включает пять диодных кристаллов, конструкция с напряжением пробоя 6,7 В - десять кристаллов. Два встречно включенных "столба" - вдвое большее количество кристаллов.The manufacturer of low voltage limiters using this principle is General Semiconductor Industries, Inc. [5]: a series of 1.5 kW voltage limiters of types from GHV-2 to GHV-16 (breakdown voltage from 1.33 V to 10.7 V) with a symmetrical I – V characteristic. The multi-chip design of the limiters of this kind consists of two “columns” connected towards each other from a series of silicon p-n structures connected in series, oriented in the forward direction of the I – V characteristic. The resulting breakdown voltage of such low-voltage limiters is, therefore, the sum of the drops in the forward voltages of a series of p-n junctions that are biased in the forward direction. The value of the direct voltage drop of each of these pn junctions is between 0.6 V and 0.7 V. That is, for example, the design of each of the "posts" of the voltage limiter based on directly biased silicon pn structures with breakdown voltage 3.3 V includes five diode crystals, a design with a breakdown voltage of 6.7 V - ten crystals. Two counter-included "pillars" - twice as many crystals.
Идентичный принцип используется отечественными производителями при конструировании сверхнизковольтных стабилитронов (стабисторов) с напряжениями стабилизации 0.7 В, 1.3 В, 1.9 В - стабисторы 2С107А, 2С113А, 2С119А [6].The identical principle is used by domestic manufacturers in the design of ultra-low voltage zener diodes (stabilizers) with stabilization voltages of 0.7 V, 1.3 V, 1.9 V - 2C107A, 2C113A, 2C119A stabilizers [6].
Недостатки конструкции и технологии изготовления мощных низковольтных ограничителей напряжения на основе способа последовательной сборки кристаллов с прямосмещенными p-n-переходами (GHV-2÷GHV-16 Series [5]) - многокристальность конструкции, т.е. высокая себестоимость прибора и низкая его эксплуатационная надежность. Быстродействие таких ограничителей напряжения, характеризуемое временем включения 1⋅10-8 с, также значительно уступает быстродействию однокристальных ограничителей, время включения которых ~1⋅10-12 с, работающих на эффекте физического обратимого пробоя p-n-перехода, что, с точки зрения эффективности защиты электронного оборудования от импульсных электрических перегрузок, имеет весьма существенное значение.The design flaws and manufacturing techniques of high-power low-voltage voltage limiters based on the method of sequential assembly of crystals with forward biased pn junctions (GHV-2 ÷ GHV-16 Series [5]) are the multichip design, i.e. high cost of the device and its low operational reliability. The speed of such voltage limiters, characterized by a switching time of 1⋅10 -8 s, is also significantly inferior to the speed of single-chip limiters, the switching time of which is ~ 1⋅10 -12 s, operating on the effect of a physical reversible breakdown of the pn junction, which, from the point of view of protection electronic equipment from pulsed electrical overloads is very significant.
Задача настоящего изобретения - создание способа изготовления низковольтных ограничителей напряжения на основе кремниевых p-n-структур (кристаллов) с напряжениями пробоя от 3 В до 15 В с p-n-переходами, залегающими на достаточной для силовых приборов глубине - более 10 мкм.The objective of the present invention is to provide a method for the manufacture of low-voltage voltage limiters based on silicon p-n structures (crystals) with breakdown voltages from 3 V to 15 V with p-n junctions lying at a depth sufficient for power devices - more than 10 microns.
Указанная задача решается тем, что предложен способ изготовления ограничителей напряжения с напряжениями пробоя от 3 В до 15 В (фиг.), содержащих базовые кристаллы 1 легированного кремния с созданными в них p-n-переходами 2, состоящими из p-слоев 3, легированных примесью p-типа проводимости, и n - слоев 4, легированных примесью n-типа проводимости, диэлектрической защиты p-n-переходов 5 и металлических омических контактов 6, металлических теплоотводов 7, металлических выводов 8 и герметичных корпусов 9, по которому, базовые кристаллы 1 выполнены из кремния, легированного примесью p-типа проводимости - бором с концентрацией от 2⋅1020 см-3 до 4⋅1017 см-3, соответствующей удельному сопротивлению кремния от 0.001 Ом⋅см до 0.1 Ом⋅см, а р-n-переходы 2 в базовых кремниевых кристаллах 1 формируют длительной высококонцентрационной диффузией мышьяка из бесконечного источника в эвакуированной кварцевой ампуле при температуре ~1150°С в течение времени от 8 до 48 часов.This problem is solved by the fact that a method for the manufacture of voltage limiters with breakdown voltages from 3 V to 15 V (Fig.) Containing basic crystals of doped
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертеже изображена схема конструкции однокристального ограничителя напряжения:The drawing shows a design diagram of a single-chip voltage limiter:
1 - базовый кристалл; 2 - p-n-переход; 3 - p-слой; 4 - n-слой; 5 диэлектрическая защита; 6 - металлический омический контакт; 7 - металлический теплоотвод; 8 - металлический вывод; 9 - герметичный корпус.1 - base crystal; 2 - p-n junction; 3 - p-layer; 4 - n-layer; 5 dielectric protection; 6 - metallic ohmic contact; 7 - metal heat sink; 8 - metal output; 9 - sealed housing.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Пример.Example.
На основе кремниевых пластин p-типа проводимости с удельными сопротивлениями (Rv) в диапазоне от 0.001 Ом⋅см до 0.07 Ом⋅см (концентрации базовой примеси (Nx) - бора соответственно в диапазоне от 1⋅1020 см-3 до 2⋅1016 см-3 в режимах диффузии при температуре 1150°С в течение времени 8, 24, 48 ч изготовлены образцы ограничителей напряжения с напряжениями пробоя от 3.3 В до 15 В и глубинами залегания (Xj) от 9 до 16 мкм (таблица 1).Based on silicon wafers of p-type conductivity with resistivities (R v ) in the range from 0.001 Ohm 0cm to 0.07 Ohm концентрацииcm (concentrations of the base impurity (N x ) - boron, respectively, in the range from 1⋅10 20 cm -3 to 2 ⋅10 16 cm -3 in diffusion modes at a temperature of 1150 ° С for a period of 8, 24, 48 h, samples of voltage limiters with breakdown voltages from 3.3 V to 15 V and depths (X j ) from 9 to 16 μm were made (table one).
Проведены сравнительные исследования образцов ограничителей напряжения с напряжением пробоя 5.4 В, изготовленных по предлагаемому способу, и образцов ограничителей напряжения GHV-6 фирмы General Semiconductor Industries, Inc. [5] с аналогичным напряжением пробоя (5.4 В).Comparative studies of samples of voltage limiters with a breakdown voltage of 5.4 V manufactured by the proposed method and samples of voltage limiters GHV-6 from General Semiconductor Industries, Inc. [5] with a similar breakdown voltage (5.4 V).
В таблице 2 приведены экспериментальные значения основных функциональных параметров исследованных ограничителей напряжения - напряжения пробоя (Uпроб), напряжения ограничения (Uогр.и), коэффициента ограничения (Когр.и=Uогр.и/Uпроб), предельно допустимого импульсного тока (Iогр.и.max), свидетельствующие превосходство низковольтных ограничителей напряжения, изготовленных по предлагаемому способу по сравнению с зарубежными аналогами. Параметры Uогр.и, Когр.и характеризуют величину остаточного перенапряжения, т.е. эффективность защиты электронных компонентов от импульсных электрических перегрузок [7].Table 2 shows the experimental values of the main functional parameters of the studied voltage limiters - breakdown voltage (Ug), limiting voltage (Uog.i), limiting coefficient (Co.i = Uog.i / Uprog), maximum permissible pulse current (Iog.i. max), indicating the superiority of low-voltage voltage limiters manufactured by the proposed method in comparison with foreign analogues. The parameters Uogr.i, Kogr.i characterize the value of the residual overvoltage, i.e. the effectiveness of protecting electronic components from pulsed electrical overloads [7].
ЛитератураLiterature
1. Лаев С.А. Исследование лавинного пробоя кремниевых p-n- и p-n-p-структур в широком диапазоне напряжений и токов и разработка мощных ограничителей напряжения и стабилитронов. - Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Всесоюзный электротехнический институт им. В.И. Ленина. - Москва 1973, 148 с.1. Laev S.A. Investigation of the avalanche breakdown of silicon p-n and p-n-p structures in a wide range of voltages and currents and the development of powerful voltage limiters and zener diodes. - The dissertation for the degree of candidate of technical sciences. All-Union Electrotechnical Institute. IN AND. Lenin. - Moscow 1973, 148 p.
2. Data Sheet. 1500 Watt Unidirectional and Bidirectional Transient Voltage Suppressors. M1.5KE6.8A ÷ M1.5KE400CA Series, Microsemi Corporation, - Rev. E 11/15/2013, p. 1-7.2. Data Sheet. 1500 Watt Unidirectional and Bidirectional Transient Voltage Suppressors. M1.5KE6.8A ÷ M1.5KE400CA Series, Microsemi Corporation, - Rev. E 11/15/2013, p. 1-7.
3. Data Sheet. 1500 Watt Peak Power Zener Transient Voltage Suppressors 1.5SMC6.8AT3 ÷ 1.5SMC91AT3 Series, ON Semiconductor, Rev.7, 2007, p. 1-8.3. Data Sheet. 1500 Watt Peak Power Zener Transient Voltage Suppressors 1.5SMC6.8AT3 ÷ 1.5SMC91AT3 Series, ON Semiconductor, Rev.7, 2007, p. 1-8.
4. Data Sheet. 1500 Watt Low Voltage Transient Voltage Suppressors 1N5907, 1N5908, Microsemi Corporation, Rev. A, 2003, p. 1-3.4. Data Sheet. 1500 Watt Low Voltage Transient Voltage Suppressors 1N5907, 1N5908, Microsemi Corporation, Rev. A, 2003, p. 1-3.
5. Data Sheet. Biderectional Surge Suppressors GHV-2 ÷ GHV-16 Series, General Semiconductor Industries, Inc. 2003, p. 1-3.5. Data Sheet. Biderectional Surge Suppressors GHV-2 ÷ GHV-16 Series, General Semiconductor Industries, Inc. 2003, p. 1-3.
6. Полупроводниковые приборы: диоды, тиристоры, оптоэлектронные приборы. Справочник. - М.: Энергоиздат, 1982. - 744 с.6. Semiconductor devices: diodes, thyristors, optoelectronic devices. Directory. - M .: Energoizdat, 1982. - 744 p.
7. Кадуков Андрей "TVS-диоды - полупроводниковые приборы для ограничения опасных перенапряжений в электронных цепяхʺ//Компоненты и Технологии, №10, 2001, с. 32-36.7. Kadukov Andrey "TVS-diodes - semiconductor devices for limiting dangerous overvoltages in electronic circuitsʺ // Components and Technologies, No. 10, 2001, p. 32-36.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149014A RU2651624C1 (en) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | Method of voltage limiters manufacturing |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016149014A RU2651624C1 (en) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | Method of voltage limiters manufacturing |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2651624C1 true RU2651624C1 (en) | 2018-04-23 |
Family
ID=62045318
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016149014A RU2651624C1 (en) | 2017-04-03 | 2017-04-03 | Method of voltage limiters manufacturing |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2651624C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245592C1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-01-27 | Алик Фахтдинович Муратов | Increased power voltage limiter |
| US6879003B1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-04-12 | United Microelectronics Corp. | Electrostatic discharge (ESD) protection MOS device and ESD circuitry thereof |
| RU2256257C1 (en) * | 2004-09-09 | 2005-07-10 | Алик Фахтдинович Муратов | Voltage limiter with enhanced power |
| RU2484553C2 (en) * | 2011-04-11 | 2013-06-10 | ООО "ПСиЭл" | Voltage debooster with negative dynamic resistance section |
-
2017
- 2017-04-03 RU RU2016149014A patent/RU2651624C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2245592C1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-01-27 | Алик Фахтдинович Муратов | Increased power voltage limiter |
| US6879003B1 (en) * | 2004-06-18 | 2005-04-12 | United Microelectronics Corp. | Electrostatic discharge (ESD) protection MOS device and ESD circuitry thereof |
| RU2256257C1 (en) * | 2004-09-09 | 2005-07-10 | Алик Фахтдинович Муратов | Voltage limiter with enhanced power |
| RU2484553C2 (en) * | 2011-04-11 | 2013-06-10 | ООО "ПСиЭл" | Voltage debooster with negative dynamic resistance section |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106129058B (en) | Groove extraction integrated low-voltage bidirectional transient voltage suppressor and manufacturing method thereof | |
| EP0645823A1 (en) | Four layer overvoltage protection diode | |
| KR20070118659A (en) | Asymmetric bidirectional transient voltage suppressor and method of forming same | |
| KR20060101389A (en) | Esd protective circuit with scalable current strength and voltage strength | |
| JP2015012297A (en) | Semiconductor assembly and method of manufacture | |
| EP3001456A2 (en) | Overvoltage protection device and method | |
| Do et al. | Design of 4H-SiC-based silicon-controlled rectifier with high holding voltage using segment topology for high-voltage ESD protection | |
| EP2870611B1 (en) | Crowbar device for voltage transient circuit protection | |
| Do et al. | A 4H-SiC MOSFET-based ESD protection with improved snapback characteristics for high-voltage applications | |
| RU2651624C1 (en) | Method of voltage limiters manufacturing | |
| US11088267B2 (en) | Semiconductor device with diode and silicon controlled rectifier (SCR) | |
| CN103311278B (en) | Fast recovery diode and make the method for this diode | |
| CN105679836B (en) | Ultra-low capacitance TVS diode structure and preparation method thereof | |
| US10355144B1 (en) | Heat-dissipating Zener diode | |
| US20170294434A1 (en) | Method and system for a semiconductor device with integrated transient voltage suppression | |
| EP2076926B1 (en) | Method of forming a high breakdown voltage diode | |
| US20220360072A1 (en) | Unidirectional transient voltage suppression device | |
| CN113540072B (en) | Electrostatic discharge protection device and method of forming an electrostatic discharge protection device | |
| CN206877995U (en) | A kind of overvoltage protection device | |
| US11887981B2 (en) | Lateral surge protection devices | |
| US20020043688A1 (en) | Integrated circuit provided with overvoltage protection and method for manufacture thereof | |
| US20090095978A1 (en) | Low capacitance over-voltage tage protection thyristor device | |
| RU2213392C1 (en) | High-voltage symmetrical semiconductor voltage limiter | |
| JP2003282865A (en) | Thyristor | |
| CN219303673U (en) | Unidirectional high-voltage punch-through transient voltage suppression device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190404 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210414 |