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：
本實(shí)用新型涉及一種利用半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的物理過(guò)程實(shí)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(shí)現(xiàn)。恒電流二極管是實(shí)現(xiàn)恒流源的一種半導(dǎo)體器件。目前國(guó)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-10mA;)，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(guò)小，不能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，應(yīng)用面有限。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型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(dòng)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。本實(shí)用新型的多溝道電流擴(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Ν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(guò)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(guò)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--N+半導(dǎo)體區(qū)域短接，N+半導(dǎo)體區(qū)域?yàn)槁O，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)域；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。本實(shí)用新型的特點(diǎn)是通過(guò)半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的物理過(guò)程實(shí)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 是多端口電子部件，安裝使用不便。本實(shí)用新型利用N-JFET場(chǎng)效應(yīng)管作為小電流恒流源， 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(guò)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(shí)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，本實(shí)用新型具有利用半導(dǎo)體物理特性、實(shí)現(xiàn)恒流電路 的功能，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用電流擴(kuò)展方法可以直接恒流驅(qū)動(dòng)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(dòng)負(fù)載。
附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本實(shí)用新型的電極連接圖；附圖3為附圖2的俯視圖；附圖4為本實(shí)用新型的等效電路圖。[0011]附圖標(biāo)記P+型半導(dǎo)體襯底-1、N型半導(dǎo)體區(qū)域_2、第一 PN結(jié)隔離區(qū)-2-1、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-4-1、第二 P+半導(dǎo)體區(qū)域_4_2、 第一 N+半導(dǎo)體區(qū)域-5-丨、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(shí)施方式
本實(shí)用新型的實(shí)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)散出多個(gè)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。按照?qǐng)D2、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(guò)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(guò)電極7連接。本實(shí)用新型的等效電路如圖4所示，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)散的第一 P+半導(dǎo)體區(qū)域4-1作為柵極和源 極一第一 N+半導(dǎo)體區(qū)域5-1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(shí)為整個(gè)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(shí)為整個(gè)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(guò)N-JFET的溝道導(dǎo)通，集電極電流開始增長(zhǎng)， 當(dāng)外電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，N-JFET的溝道夾斷，源、漏極電流飽和(Ids =恒定)。Ib = Ids, Ic= β ΙΒ，β =常數(shù)(β ≥ 10), PNP晶體管的集電極電流恒定，Id = Ic = β Ib = β ms。本實(shí)用新型的器件特性相當(dāng)于一個(gè)大電流恒電流二極管，輸出電流可達(dá)到 20mA IOOmA系列的輸出恒定電流。N-JFET場(chǎng)效應(yīng)管的柵極和源極在平面通過(guò)金屬電極連接，形成Ues = 0的恒流源， N-JFET場(chǎng)效應(yīng)管的漏極與PNP晶體管的基極在平面通過(guò)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(guò)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(guò)電極(7)連接。
專利摘要本實(shí)用新型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(gè)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(4-1)、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)。本實(shí)用新型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(guò)負(fù)載接到負(fù)極)，可以在一個(gè)基本回路中實(shí)現(xiàn)的恒電流特性。恒電流值的大小可以通過(guò)N-JFET的溝道數(shù)量或PNP的電流增益的設(shè)計(jì)實(shí)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(hào)H01L27/06GK201576684SQ20092031202
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者劉橋 申請(qǐng)人:貴州大學(xué)