專利名稱：多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的物理過程實現(xiàn)恒電流特性的多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體 恒電流二極管，屬于二端半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，恒電流源是電子設(shè)備和裝置中常用的一種技術(shù)， 一般采用電子模塊或集成 電路實現(xiàn)。恒電流二極管是實現(xiàn)恒流源的一種半導(dǎo)體器件。目前國際的恒流二極管通常都是 小電流、小功率的產(chǎn)品(輸出電流0. 5mA 0mA;)，主要用于電子電路中的基準(zhǔn)電流設(shè)定 。由于電流、功率過小，不能直接驅(qū)動負(fù)載，應(yīng)用面有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的物理特性、可以直接驅(qū)動負(fù)載
的多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管，以克服現(xiàn)有技術(shù)的不足。
本發(fā)明的多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管，在P+型半導(dǎo)體襯底上外延N型半導(dǎo)體 區(qū)域，在N型半導(dǎo)體區(qū)域上擴(kuò)散P+型半導(dǎo)體區(qū)域，P+型半導(dǎo)體區(qū)域和P+型半導(dǎo)體襯底連通， 將N型半導(dǎo)體區(qū)域分為第一PN結(jié)隔離區(qū)、第二pN結(jié)隔離區(qū)；在第一PN結(jié)隔離區(qū)上柵擴(kuò)散有第 一P+半導(dǎo)體區(qū)域，在第二PN結(jié)隔離區(qū)上擴(kuò)散有第二P+半導(dǎo)體區(qū)域；在擴(kuò)散的第一P+半導(dǎo)體區(qū) 域之間的第一PN結(jié)隔離區(qū)上擴(kuò)散有第一N+半導(dǎo)體區(qū)域、第二N+半導(dǎo)體區(qū)域，在第二PN結(jié)隔離 區(qū)上擴(kuò)散有第三N+半導(dǎo)體區(qū)域；第二N+半導(dǎo)體區(qū)域與第三N+半導(dǎo)體區(qū)域通過金屬電極連接； P+型半導(dǎo)體區(qū)域、第一N+半導(dǎo)體區(qū)域和第一P+半導(dǎo)體區(qū)域通過電極連接。
P+型半導(dǎo)體襯底、N型半導(dǎo)體區(qū)域、P+型半導(dǎo)體區(qū)域、第一P+半導(dǎo)體區(qū)域、第一N+半導(dǎo) 體區(qū)域和第二N+半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的N型多溝道JFET，P+半導(dǎo)體區(qū)域、柵擴(kuò)散的P+半導(dǎo)體區(qū)域 作為柵極和源極一N+半導(dǎo)體區(qū)域短接，N+半導(dǎo)體區(qū)域為漏極，形成多溝道疊加的恒定電流 ;N+半導(dǎo)體區(qū)域連接到PNP晶體管的基極一N+半導(dǎo)體區(qū)i或；PNP晶體管發(fā)射極一第二P+半導(dǎo)體 區(qū)域連接外電壓正極，集電極一P+半導(dǎo)體襯底連接外電壓負(fù)極。
本發(fā)明的特點(diǎn)是通過半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的物理過程實現(xiàn)恒流特性，不是集成電路和電子模 塊(組件)的技術(shù)。電子模塊組件是采用電子器件(包括集成電路)在電路板上按電路方式 組裝構(gòu)成，體積較大。集成電路是將電子元器件按電路方式制作在一塊半導(dǎo)體材料上，集成 電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是大功率集成電路。集成電路和電子模塊(組件)都是多端口電子部流恒流源，向擔(dān)任電流擴(kuò)展的PNP 晶體管提供恒定基極電流，經(jīng)過PNP晶體管成比例(線性)放大(擴(kuò)展)成為大恒定電流。 在半導(dǎo)體材料上采用半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)實現(xiàn)其物理功能。同現(xiàn)有的集成電路和電子模塊(組件 )技術(shù)相比，本發(fā)明具有利用半導(dǎo)體物理特性、實現(xiàn)恒流電路的功能，而且結(jié)構(gòu)簡單，采用 電流擴(kuò)展方法可以直接恒流驅(qū)動負(fù)載的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)于現(xiàn)有二極管的一些技術(shù)特征，也可以作 為恒電流電源直接驅(qū)動負(fù)載。


附圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 附圖2為本發(fā)明的電極連接圖； 附圖3為附圖2的俯視圖； 附圖4為本發(fā)明的等效電路圖。
附圖標(biāo)記P+型半導(dǎo)體襯底-l、 N型半導(dǎo)體區(qū)域-2、第一PN結(jié)隔離區(qū)-2-l、第二PN結(jié)隔 離區(qū)-2-2、 P+型半導(dǎo)體區(qū)域-3、第一P+半導(dǎo)體區(qū)域-4-l、第二P+半導(dǎo)體區(qū)域-4-2、第一N+半 導(dǎo)體區(qū)域-5-1、第二N+半導(dǎo)體區(qū)域-5-2、第三N+半導(dǎo)體區(qū)域-5-3、金屬電極-6、電極-7。
具體實施例方式
本發(fā)明的實施如圖1和圖2所示，在P+型半導(dǎo)體襯底1上外延N型半導(dǎo)體區(qū)域2，在N型半 導(dǎo)體區(qū)域2上擴(kuò)散P+型半導(dǎo)體區(qū)域3， P+型半導(dǎo)體區(qū)域3和P+型半導(dǎo)體襯底l連通，將N型半導(dǎo) 體區(qū)域2分為第一PN結(jié)隔離區(qū)2-1、第二PN結(jié)隔離區(qū)2-2;在第一PN結(jié)隔離區(qū)2-1上柵擴(kuò)散出多 個第一P+半導(dǎo)體區(qū)域4-l，在第二PN結(jié)隔離區(qū)2-2上擴(kuò)散有第二P+半導(dǎo)體區(qū)域4-2;在擴(kuò)散的 第一P+半導(dǎo)體區(qū)域4-l之間的第一PN結(jié)隔離區(qū)2-l上擴(kuò)散有第一N+半導(dǎo)體區(qū)域5-l、第二N+半 導(dǎo)體區(qū)域5-2，在第二PN結(jié)隔離區(qū)2-2上擴(kuò)散有第三N+半導(dǎo)體區(qū)域5-3。按照圖2、圖3所示， 各半導(dǎo)體區(qū)域開孔淀積金屬并形成連接，第二N+半導(dǎo)體區(qū)域5-2與第三N+半導(dǎo)體區(qū)域5-3通過 金屬電極6連接；P+型半導(dǎo)體區(qū)域3、第一N+半導(dǎo)體區(qū)域5-l和第一P+半導(dǎo)體區(qū)域4-l通過電極 7連接。 本發(fā)明的等效電路如圖4所示，P+型半導(dǎo)體襯底l、 N型半導(dǎo)體區(qū)域2-l、 P+型半導(dǎo)體區(qū)域 3、第一P+半導(dǎo)體區(qū)域4-l、第一N+半導(dǎo)體區(qū)域5-l和第二N+半導(dǎo)體區(qū)域5-2構(gòu)成的N型多溝道 JFET，P+半導(dǎo)體區(qū)域3、柵擴(kuò)散的第一P+半導(dǎo)體區(qū)域4-l作為柵極和源極--第一N+半導(dǎo)體區(qū) 域5-l短接，第二N+半導(dǎo)體區(qū)域5-2為漏極，形成多溝道疊加的恒定電流；第二N+半導(dǎo)體區(qū) 域5-2連接到PNP晶體管的基極一第三N+半導(dǎo)體區(qū)域5-3; PNP晶體管發(fā)射極一第二P+半導(dǎo)體區(qū) 域4-2連接外電壓正極，集電極一P+半導(dǎo)體襯底1連接外電壓負(fù)極。P+型半導(dǎo)體襯底1作為PNP晶體管的集電極，同時為整個器件的負(fù)極，隔離的第二PN結(jié)隔 離區(qū)2-2和擴(kuò)散的第三N+半導(dǎo)體區(qū)域5-3作為PNP晶體管的基極，擴(kuò)散的第二P+半導(dǎo)體區(qū)域4-2 作為PNP晶體管的發(fā)射極，同時為整個器件的正極，構(gòu)成PNP晶體管。PNP晶體管的發(fā)射極處 于正向偏置，基極電流通過N-JFET的溝道導(dǎo)通，集電極電流開始增長，當(dāng)外電壓達(dá)到一定數(shù) 值時，N-JFET的溝道夾斷，源、漏極電流飽和(Id;H亙定)。IB=IDS， IC = P IB， P =常數(shù)(
e s io) ， pnp晶體管的集電極電流恒定，id=ic= e iB= e iDS。
本發(fā)明的器件特性相當(dāng)于一個大電流恒電流二極管，輸出電流可達(dá)到20mA 100mA系列 的輸出恒定電流。
N-JFET場效應(yīng)管的柵極和源極在平面通過金屬電極連接，形成Ugs二 O的恒流源，N-JFET 場效應(yīng)管的漏極與PNP晶體管的基極在平面通過金屬電極連接，使得前述的PNP晶體管基極電 流恒定，從而使得集電極電流恒定。
權(quán)利要求
1.一種多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管，其特征在于在P+型半導(dǎo)體襯底(1)上外延N型半導(dǎo)體區(qū)域(2)，在N型半導(dǎo)體區(qū)域(2)上擴(kuò)散P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)，P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)和P+型半導(dǎo)體襯底(1)連通，將N型半導(dǎo)體區(qū)域(2)分為第一PN結(jié)隔離區(qū)(2-1)、第二PN結(jié)隔離區(qū)(2-2)；在第一PN結(jié)隔離區(qū)(2-1)上柵擴(kuò)散有第一P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-1)，在第二PN結(jié)隔離區(qū)(2-2)上擴(kuò)散有第二P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-2)；在擴(kuò)散的第一P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-1)之間的第一PN結(jié)隔離區(qū)(2-1)上擴(kuò)散有第一N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-1)、第二N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-2)，在第二PN結(jié)隔離區(qū)(2-2)上擴(kuò)散有第三N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-3)；第二N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-2)與第三N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-3)通過金屬電極(6)連接；P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)、第一N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-1)和第一P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-1)通過電極(7)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管，其 特征在于P+型半導(dǎo)體襯底(1) 、 N型半導(dǎo)體區(qū)域(2-1) 、 P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)、第一 P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-1)、第一N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-1)和第二N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-2)構(gòu)成的N型多 溝道JFET，P+半導(dǎo)體區(qū)域(3)、柵擴(kuò)散的P+半導(dǎo)體區(qū)域(4)作為柵極和源極--N+半導(dǎo)體 區(qū)域(5-1)短接，N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-2)為漏極，形成多溝道疊加的恒定電流；N+半導(dǎo)體 區(qū)域(5-2)連接到PNP晶體管的基極一N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-3) ; PNP晶體管發(fā)射極一第二P+半 導(dǎo)體區(qū)域(4-2)連接外電壓正極，集電極一P+半導(dǎo)體襯底(1)連接外電壓負(fù)極。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多溝道電流擴(kuò)展型半導(dǎo)體恒電流二極管，其特征在于在P+型半導(dǎo)體襯底(1)上外延N型半導(dǎo)體區(qū)域(2)和P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)，P+型半導(dǎo)體區(qū)域(3)將N型半導(dǎo)體區(qū)域(2)分為2個PN結(jié)隔離區(qū)，隔離區(qū)上柵擴(kuò)散有第一P+半導(dǎo)體區(qū)域(41)、第二P+半導(dǎo)體區(qū)域(4-2)，以及第一N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-1)、第二N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-2)、第三N+半導(dǎo)體區(qū)域(5-3)；構(gòu)成多溝道N-JFET和PNP晶體管復(fù)合結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將電源正極接到器件正極，電源負(fù)極接到器件負(fù)極(也可以通過負(fù)載接到負(fù)極)，可以在一個基本回路中實現(xiàn)的恒電流特性。恒電流值的大小可以通過N-JFET的溝道數(shù)量或PNP的電流增益的設(shè)計實現(xiàn)，該結(jié)構(gòu)可達(dá)到20mA～100mA系列的輸出恒定電流。
文檔編號H01L27/04GK101667575SQ20091030812
公開日2010年3月10日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者橋 劉 申請人:貴州大學(xué)