[实用新型]双向开关

说明书

技术领域

本公开内容总体上涉及电子部件，并且更具体地针对在半导体衬底之内和之上形成单片式双向开关。

背景技术

最常规的双向开关是三端双向可控硅开关元件(triac)。三端双向可控硅开关元件对应于两个晶闸管的反并联联结。其可以直接连接到例如主电网的交流电(A.C.)网络中。常规三端双向可控硅开关元件的栅极对应于形成其的这两个晶闸管中的至少一个的阴极栅极，并且参考定位在该三端双向可控硅开关元件的正表面(即，包括该栅极电极的表面)上的主电极(或者功率传导电极)、定位在该三端双向可控硅开关元件的另一表面或者背表面上的主电极(或者功率传导电极)，接收功率信号。

在美国专利No.6,034,381、No.6,593,600、No.6,380,565和No.6,818,927(通过参考并入)中描述的类型的双向开关将在下文更详细地描述，该类型的双向开关通过在定位于部件的正表面上的栅极电极与定位于部件的相对表面或背表面上的主电极之间施加电压而被触发。

图1示出了这种双向开关的等效电路图。开关控制电极G连接至双极晶体管T的发射极，该双极晶体管T的集电极连接至在两个主电极A1和A2之间反并联设置的第一晶闸管Th1和第二晶闸管Th2的阳极栅极。电极A1连接至晶闸管Th1的阳极，并且连接至晶闸管Th2的阴极。电极A1也连接至晶体管T的基极。电极A2连接至晶闸管Th2的阳极，并且连接至晶闸管Th1的阴极。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种能够改进双向开关的控制灵敏度的方案。

一个实施例提供了一种双向开关，其形成在包括正表面和背表面的第一导电类型的半导体衬底之内和之上，包括：第一主垂直晶闸管，具有第二导电类型的背表面层；第二主垂直晶闸管，具有第一导电类型的背表面层；第三辅助垂直晶闸管，具有与第一主垂直晶闸管的背表面层相同的第二导电类型的背表面层；第二导电类型的外围区域，围绕第一主垂直晶闸管、第二主垂直晶闸管和第三辅助垂直晶闸管，并且将第三辅助垂直晶闸管的背表面层连接至定位在衬底的另一侧上的该晶闸管的第二导电类型的中间层；第一金属化层(metallization)，连接第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管的背表面；以及具有绝缘功能的结构，定位在第三辅助垂直晶闸管的背表面层和第一金属化层之间，并且在第一主垂直晶闸管的外围的部分下方延伸，所述结构包括：由绝缘材料制成的第一区域，覆盖衬底的背表面；以及由第一导电类型的半导体材料制成的第二区域，占据与由第一区域所占据的面积基本上互补的面积。

根据一个实施例，第一主垂直晶闸管和第三辅助垂直晶闸管的背表面层形成在第二导电类型的相同的层中，该层基本上在开关的整个表面之上延伸，并且第一金属化层基本上在开关的整个背表面之上延伸。

根据一个实施例，第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管相邻，并且第三辅助垂直晶闸管定位在第一主垂直晶闸管的与第二主垂直晶闸管相对的一侧上。

根据一个实施例，绝缘结构在定位于沿着第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管之间的相邻边缘行进的线的与第二主垂直晶闸管相对的一侧上的、开关的整个表面下方延伸。

根据一个实施例，在底视图中绝缘结构在第一主垂直晶闸管的周围延伸，除了第一主垂直晶闸管的与第二主垂直晶闸管相邻的边缘的位置处之外。

根据一个实施例，绝缘结构的第一区域在第三辅助垂直晶闸管下方延伸，而绝缘结构的第二区域从在第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管之间的相邻边缘一直延伸到第一区域。

根据一个实施例，绝缘结构的第二区域的厚度小于第二主垂直晶闸管的背表面层的厚度。

根据一个实施例，第一主垂直晶闸管具有第一导电类型的正表面层；第二主垂直晶闸管具有第二导电类型的正表面层；并且第三辅助垂直晶闸管具有第一导电类型的正表面层，开关进一步包括：第二金属化层，连接第一主垂直晶闸管和第二主垂直晶闸管的正表面层；以及第三金属化层，覆盖第三辅助垂直晶闸管的正表面层。

根据一个实施例，在顶视图中开关具有总体上为矩形的形状，并且第二主垂直晶闸管、第一主垂直晶闸管和第三辅助垂直晶闸管沿着开关的长度对齐。

根据一个实施例，在顶视图中开关具有总体上为正方形的形状，并且第二主垂直晶闸管、第一主垂直晶闸管和第三辅助垂直晶闸管沿着开关的对角线对齐。

根据本申请的方案，能够显著地改进双向开关的控制灵敏度。

附图说明

上述以及其他特征和优点，将结合附图在以下对特定实施例的非限制性说明中论述，其中：