[发明专利]用于在基底器件中包括电压可切换保护材料的几何和电场考量

说明书

L.科索斯盖，R.弗莱明，史宁

相关申请

本申请要求标题为“GEOMETRIC CONFIGURATIONS OF LAYERS FORMING SUBSTRATE DEVICE WITH INTEGRATED TRANSIENT PROTECTIVE LAYER”的第61/111,673号美国临时专利申请，以及标题为“SUBSTRATE DEVICE HAVING SHAPED OR REDUCED CONTACT BETWEEN PROTECTIVE VSD LAYER AND ELECTRICAL CONTACTS”的第61/140,060号美国临时专利申请的优先权；上述申请特此通过引用的方式全文纳入。

技术领域

本文描述的实施方案总体属于基底(substrate)器件，并且更具体地，属于包括瞬态保护材料以防止电气事件的基底器件。

背景技术

电压可切换电介质(VSD)材料是在低电压绝缘并且在较高电压导电的材料。这些材料通常是由绝缘聚合物基质(matrix)中的导电粒子、半导电粒子和绝缘粒子组成的组合物(composite)。这些材料用于电子器件的瞬态保护，尤其用于静电放电保护(ESD)和电过载(EOS)。通常，VSD材料是介电的，除非施加一个特征电压或电压范围，在这种情况下，VSD材料就像导体。存在多种VSD材料。在诸如美国专利第4,977,357号，美国专利第5,068,634号，美国专利第5,099,380号，美国专利第5,142,263号，美国专利第5,189,387号，美国专利第5,248,517号，美国专利第5,807,509号，WO 96/02924以及WO 97/26665中提供了电压可切换电介质材料的实例；所有上述专利通过引用的方式纳入本说明书。

可使用多种方法形成VSD材料。一种传统的技术是：聚合物层填充有高水平金属粒子，直到非常接近渗出阈值，通常为大于20％(按体积计)。然后将半导体和/或绝缘体材料添加到该混合物。

另一传统的技术是：通过将掺杂的金属氧化物粉末混合，然后烧结所述粉末以制成具有晶界(grain boundary)的粒子，以及然后将所述粒子添加到聚合物基质直到超过渗出阈值，来形成VSD材料。

在标题为“VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING CONDUCTIVE OR SEMI-CONDUCTIVE ORGANIC MATERIAL”的第11/829,946号美国专利申请，以及标题为“VOLTAGE SWITCHABLE DIELECTRIC MATERIAL HAVING HIGH ASPECT RATIO PARTICLES”的第11/829,948号美国专利申请中记载了用于形成VSD材料的其他技术。

附图说明

图1是电压可切换电介质(VSD)材料层或厚度的示意性(未按比例)截面图，描绘了根据多个实施方案的VSD材料的组分(constituent)。

图2A示出了一种配置有VSD材料的基底器件，该VSD材料具有本文提供的任一实施方案中描述的成分(composition)。

图2B示出了其中导电层被嵌入在基底中的一种配置。

图2C示出了一种竖直切换布置，用于将VSD材料纳入基底中。

图3表示了两个电极的电场分布，这两个电极被物理分隔开，但是通过(由于瞬态电气事件)切换进入导电状态的VSD材料的底层或覆层桥接，以越过所述分隔而进行电连接。

图4A示出了具有根据一个实施方案的具有单体电极的基底，所述单体电极包括凸起结构或构造，以便于在由VSD材料所桥接的间隙(gap)两端水平或者横向切换。

图4B示出了一个实施方案，其中基底的单体电极设有粗糙的表面形貌。

图5A是一示意图，示出了根据一个实施方案使用电阻层以增强包括瞬态保护材料的结构的耐用性以及电气特征。

图5B示出了一个实施方案，其使用了高击穿强度和低导电性的电介质层。

图6示出了根据一个实施方案的基底，其包括被内置在VSD材料层和电介质层之间的导电材料的附加构造。

图7示出了根据一个实施方案的基底，其包括了在具有VSD材料的水平切换布置中的成形电极。

图8示出了根据一个实施方案的包括水平间隙构造的基底，所述水平间隙构造将VSD材料包括作为间隙填充物(filler)。