[发明专利]具有深阱结构的可编程半导体抗浪涌保护器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种过压保护器件，特别涉及电话网络中的程控交换机上，用来对用户线接口电路(SLIC)板实现保护的可编程半导体抗浪涌保护器件。

背景技术

随着电话通讯网络的发展，如何才能有效防止雷击、交流电源波动或电磁感应而引起的浪涌过压对通讯设备造成破坏，一直是本领域技术人员关注的重要问题。继欧美各国颁布了各自的通讯设备抗雷击浪涌标准后，我国也于1998年颁布了《中华人民共和国通信行业标准电信终端设备防雷击技术要求及实验方法YD/T9931998》。在短短的几十年间，抗浪涌保护器件历经了气体放电管、TVS二极管、半导体固体放电管和可编程抗浪涌保护器件。

《现代电子技术》杂志2005年第9期总第200期公开了一篇题目为“可编程半导体抗浪涌保护器件”，作者为张方、苏秋萍的文章。文章介绍了第四代可编程抗浪涌保护器件P61089的电路结构(如附图1所示)和工作原理，分析了他在程控交换机上对用户线接口电路(SLIC)板的保护机理，结果表明P61089是双路双向半导体抗浪涌保护器件，他也是基于PNPN结构和原理，在前三代半导体抗浪涌保护器件的基础上性能大为提高，同时，他又增加了对正向浪涌起箝位作用的正向保护二极管和起触发作用的门控三极管，从而可对保护电压进行硬件编程(编程范围对地为-10～-75V)，目前P61089几乎被所有的程控交换机用来对SLIC板实现保护。但由于雷击浪涌对电话通讯设备损害仍在继续，这对半导体抗浪涌保护器件的抗雷击性能提出了更高的要求，而目前的可编程抗浪涌保护器件P61089经雷击性能测试只能达到2000V左右，因此如何提高当前可编程半导体抗浪涌保护器件承受雷击浪涌的能力和能量的泄放能力是本发明研究的问题。

发明内容

本发明提供一种具有深阱结构的可编程半导体抗浪涌保护器件，旨在通过改进结构设计来提高目前可编程半导体抗浪涌保护器件承受雷击浪涌的能力和能量的泄放能力，克服现有技术在这方面的不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有深阱结构的可编程半导体抗浪涌保护器件，由一个、两个或四个保护单元组成，每个保护单元均由一个PN结二极管、一个PNPN型晶闸管和一个NPN型三极管组成，其中，二极管的阳极与晶闸管的阴极相连并共同作为保护单元的K端口，二极管的阴极与晶闸管的阳极以及三极管的集电极相连并共同作为保护单元的A端口，三极管的发射极与晶闸管的控制极相连，三极管的基极作为保护单元的G端口；

其创新在于：以一块N型半导体衬底作为基片，在俯视平面上，每个保护单元对应一个半导体有源区域，每个半导体有源区域由一个二极管区、一个晶闸管区和一个三极管区组成；

在横截面上，所述基片正面的二极管区从上向下依次设有P+扩散层和P扩散层，基片反面的二极管区从下向上设有N+注入层，所述二极管区的P扩散层与N+注入层之间为基片自身的N型轻掺杂层，以此在二极管区自上而下构成杂质浓度按P+、P、N、N+梯度次序变化的PN结；在P扩散层与N型轻掺杂层相连的交界面上设有一组深阱，这组深阱在交界面上间隔分布，其中，每个深阱由所述N型轻掺杂层顶部向下挖孔或开沟后，在孔内或沟内淀积P杂质或P-杂质材料形成，孔内或沟内淀积的P杂质或P-杂质材料的顶部与P扩散层底部相连，以此在PN结中形成凹凸型交界面。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，在横截面上，所述基片正面的晶闸管区从上向下依次设有N+注入层和P扩散层，基片反面的晶闸管区从下向上设有P+扩散层，所述晶闸管区的P扩散层与P+扩散层之间为基片自身的N型轻掺杂层，以此在晶闸管区自下而上构成PNPN型晶闸管。所述晶闸管区的N+注入层中，间隔设置一组短路孔，每个短路孔的顶部均与N+注入层上方所设的上金属层相连，N+注入层下方的P扩散层通过短路孔向上延伸至上金属层。

2、上述方案中，在横截面上，所述基片正面的三极管区从上向下依次设有第一N+注入层和P扩散层，基片反面的三极管区从下向上设有第二N+注入层，所述三极管区的P扩散层与第二N+注入层之间为基片自身的N型轻掺杂层，以此在三极管区自上而下构成NPN型三极管。所述三极管区的P扩散层在水平外周边缘位置上设有P+扩散环，该P+扩散环与三极管区的P扩散层相连。