[实用新型]一种单向TVS芯片

说明书

本实用新型公开一种单向TVS芯片，包括均匀掺杂的基片，从所述基片的两面分别掺入与基片导电类型相反的杂质而形成的第一异型杂质扩散区和第二异型杂质扩散区，所述基片与第一异型杂质扩散区之间形成第一PN结，所述基片与第二异型杂质扩散区之间形成第二PN结，所述第二PN结上设有短路区和/或短路环；所述单向TVS芯片的两面覆盖有金属层。本实用新型所述的单向TVS芯片，为特殊的N⁺‑P‑N⁺（或者P⁺‑N‑P⁺）三层、双结结构，包括确定单向TVS电特性的第一PN结以及设有短路区和/或短路环的第二PN结，具有：①更低的钳位电压，②更大的浪涌电流耐量。

技术领域

本实用新型涉及一种单向TVS芯片，属于半导体器件领域。

背景技术

瞬态电压抑制二极管（Transient Voltage Suppressors、TVS）是一种保护器件，它通过对由雷击、开关等各种原因而引起并出现于敏感器件输入、输出端的瞬态电压进行削峰而起到对敏感器件的保护作用。具体地，在敏感器件的输入、输出节点并联TVS后，TVS工作于阻断状态，因此其并不影响敏感器件的工作。如果TVS具有与敏感器件匹配的钳位电压并且该钳位电压远低于敏感器件所能承受的最高电压，则当瞬态电压出现时，敏感器件相关端子上的电压将不会高于TVS的钳位电压。敏感器件将不会受到瞬态电压所造成的过电应力损伤。

单向TVS主要由一个PN结构成，如图1所示，工作于反向，在待机工作状态的工作电压小于击穿电压；在钳位工作状态的工作电压大于击穿电压，此时用于消除与其工作电压极性相同的瞬态电压（其I-V特性见图2，通常其反向I-V特性绘于I象限，正向特性绘于Ⅲ象限）。此外还用双向TVS来消除两个方向（与其工作电压极性相同、相反）的瞬态电压。

通常，在TVS击穿后的I-V特性区，用与规定波形和幅度的脉冲电流的峰值Ipp对应的电压来定义钳位电压Vc（见图2）。当该电流为上升沿10微秒、半下降沿1000微秒的双指数波形时，TVS的钳位电压一般为击穿电压的1.3-1.5倍；当该电流为上升沿8微秒、半下降沿20微秒的双指数波形时，TVS的钳位电压一般为击穿电压的2-4倍。其功耗耐量可为前者的数倍到一个数量级。用该条件额定的TVS通常用于ESD免疫。对于相同击穿电压的各种TVS，较低的钳位电压意味着在相同的阻断电压下运用时可将随机出现的瞬态电压钳位于更低的水平，这将进一步降低被保护的敏感器件所受到瞬态电压造成的过电应力损伤的概率。同时TVS在旁路瞬态电压所产生的瞬态能量过程中本身的损耗也降低了。这也提高了TVS本身抗过电应力的水平。因此在其它额定值和电特性参数不变的前提下降低钳位电压始终是一个被追求的目标。

在单向TVS的击穿区，I-V特性接近线性，其斜率及钳位电压与芯片总的体电阻有关（见图2中的I-V特性1）。而双向TVS，由于其芯片结构为N⁺-P-N⁺或P⁺-N-P⁺三层结构。（N⁺-P-N⁺表示N⁺扩散区的浓度高于衬底P区的浓度，下同）该结构在大电流下一般会表现出不同程度的负阻效应。它会抵消体电阻导致的分压上升而使I-V特性更陡直并使钳位电压降低。因此对于相同的击穿电压，如果设计、制作合理，可使同电流下的双向TVS的钳位电压反而低于单向TVS的钳位电压。

有鉴于此，本发明人对此进行研究，专门开发出一种单向TVS芯片，本案由此产生。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种单向TVS芯片，具有较低的钳位电压，以及较大的浪涌电流耐量。

为了实现上述目的，本实用新型的解决方案是：