一种二端恒流器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种二端恒流器件，包括第一耗尽型晶体管和电阻，所述第一耗尽型晶体管的源极与所述电阻的第一端连接，所述第一耗尽型晶体管的栅极与所述电阻的第二端连接，其中，所述第一耗尽型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管。本发明利用电阻的负反馈作用，从而实现二端恒流器件的恒流作用，利用氮化镓晶体管反应速度快、可承受较高的耐压且受温度影响小的特点，使得二端恒流器件具有响应速度快、击穿电压高、耐高温、恒流特性好和温度稳定性高的优点。
【专利说明】一种二端恒流器件
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体【技术领域】，具体涉及一种二端恒流器件。
【背景技术】
[0002] 二端恒流器件是一种当电压变化时提供稳定电流的器件，相当于一个恒流源或最 大峰值电流的限流电路，即使出现电压不稳定或负载电阻变化很大的情况，都能保证供电 电流稳定。
[0003] 由恒流器件构成的恒流源具有结构简单、恒流特性好和使用方便等优点，使得恒 流器件具有广阔的应用范围。现有技术中，常用的半导体恒流器件是基于双极型晶体管或 场效应晶体管的器件，其中基于场效应晶体管的器件具有噪声低、稳定性高等优点，更适合 作为恒流器件或构成恒流源。目前，主流的半导体恒流器件是基于硅材料场效应晶体管的 器件，但是由于硅物理性质的限制，实际制作的半导体恒流器件响应速度慢、击穿电压低、 恒流区域窄、温度稳定性差，甚至高温下完全不能工作，所以仅适用于低功率范围。
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明实施例提供一种二端恒流器件，以解决目前二端恒流器件响应 速度慢、击穿电压低、恒流区域窄、温度稳定性差和不耐高温的问题。
[0005] 本发明实施例提供了一种二端恒流器件，包括第一耗尽型晶体管和电阻，
[0006] 所述第一耗尽型晶体管的源极与所述电阻的第一端连接，所述第一耗尽型晶体管 的栅极与所述电阻的第二端连接，其中，所述第一耗尽型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管，所 述电阻是分离电阻或与第一耗尽型晶体管集成的电阻；
[0007] 所述二端恒流器件还包括第一型电极和第二型电极，其中，所述第一耗尽型晶体 管的漏极作为所述第一型电极，所述第一耗尽型晶体管的栅极作为所述第二型电极；
[0008] 所述第一耗尽型晶体管为N型耗尽型晶体管，所述第一型电极为所述二端恒流器 件的阳极，所述第二型电极为所述二端恒流器件的阴极。
[0009] 进一步地，所述二端恒流器件还包括第二耗尽型晶体管，所述第二耗尽型晶体管 的漏极与所述第一耗尽型晶体管的源极连接，所述第二耗尽型晶体管的源极与所述电阻的 第一端连接，所述第二耗尽型晶体管的栅极与所述第一耗尽型晶体管的栅极及电阻的第二 端连接。其中，所述第二耗尽型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管，所述电阻是分离电阻或与第 一耗尽型晶体和第二耗尽型晶体管集成的电阻。
[0010] 进一步地，所述第一耗尽型晶体管的漏极作为所述第一型电极，所述第二耗尽型 晶体管的栅极与第一耗尽型晶体管的栅极连接作为所述第二型电极。
[0011] 进一步地，所述第二耗尽型晶体管由N个第三耗尽型晶体管构成，所述第三耗尽 型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管，其中，N为大于等于2的整数；
[0012] 所述N个第三耗尽型晶体管的栅极连接到一起作为所述第二耗尽型晶体管的栅 极，所述第一个第三耗尽型晶体管的漏极作为所述第二耗尽型晶体管的漏极，每个所述第 三耗尽型晶体管的漏极与其前一个所述第三耗尽型晶体管的源极连接，第N个所述第三耗 尽型晶体管的源极作为所述第二耗尽型晶体管的源极。
[0013] 进一步地，当施加于所述二端恒流器件两端的电压逐渐增大时，所述第二耗尽型 晶体管在所述第一耗尽型晶体管之前达到饱和。
[0014] 进一步地，所述二端恒流器件的最大耐压根据所述第一耗尽型晶体管的栅漏雪崩 击穿电压确定，当施加于所述第一耗尽型晶体管的电压达到第一耗尽型晶体管的栅漏雪崩 击穿电压时，所述二端恒流器件被击穿。
[0015] 进一步地，所述第一耗尽型晶体管为N型耗尽型晶体管，所述第二耗尽型晶体管 为N型耗尽型晶体管，所述第一型电极为所述二端恒流器件的阳极，所述第二型电极为所 述二端恒流器件的阴极。
[0016] 进一步地，所述第一耗尽型晶体管是氮化镓高电子迁移率晶体管，所述第二耗尽 型晶体管是氮化镓高电子迁移率晶体管。
[0017] 进一步地，所述第一耗尽型晶体管是氮化镓耗尽型金属-绝缘体-半导体场效应 晶体管，所述第二耗尽型晶体管是氮化镓耗尽型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管。
[0018] 本发明实施例提供的二端恒流器件，通过将氮化镓耗尽型晶体管的栅极与源极通 过电阻连接，一方面利用电阻的负反馈作用，使得氮化镓耗尽型晶体管的导电沟道逐渐夹 断，从而实现二端恒流器件的恒流作用；另一方面利用氮化镓晶体管可承受较高的耐压且 受温度影响小的特点，使得二端恒流器件具有响应速度快、击穿电压高、耐高温、恒流特性 好和温度稳定性高的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 下面将通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，使本领域的普通技术人员 更清楚本发明的上述及其他特征和优点，附图中：
[0020] 图1是本发明实施例一提供的一种二端恒流器件的原理图；
[0021] 图2是本发明实施例一提供的一种二端恒流器件的输出伏安特性图；
[0022] 图3是本发明实施例二提供的一种二端恒流器件的原理图；
[0023] 图4是本发明实施例三提供的一种二端恒流器件的原理图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描 述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便 于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0025] 本发明实施例通过利用氮化镓耗尽型晶体管来制作二端恒流器件，该二端恒流器 件具有响应速度快、动态阻抗大、恒流特性好、恒流区域宽和击穿电压高的特点，可应用于 电子设备及装置中，该电子设备及装置包括但不限制于：电真空器件（示波管、显像管或功 率发射管等）、各种标准灯（光强度标准灯或LED灯等）、物性型敏感器件（热敏、力敏、光 敏、磁敏或湿敏等传感器）、自动化仪表等，或作为限流保护器件用于其他场合。
[0026] 此处以N型氮化镓耗尽型晶体管形成的二端恒流器件作为具体实施例，来解释本 发明。
[0027] 实施例一
[0028] 图1是本发明实施例一提供的一种二端恒流器件的原理图，参见图1。该二端恒流 器件包括：第一 N型耗尽型晶体管T1和电阻R，其中，所述第一 N型耗尽型晶体管的源极与 所述电阻R的第一端连接，所述第一 N型耗尽型晶体管T1的栅极与所述电阻R的第二端连 接，其中，所述第一 N型耗尽型晶体管T1为氮化镓耗尽型晶体管，所述电阻R是分离电阻或 与第一 N耗尽型晶体管T1集成的电阻。
[0029] 在本实施例中，所述二端恒流器件还包括第一型电极和第二型电极。其中，所述第 一型电极为所述二端恒流器件的阳极PP，所述第一 N型耗尽型晶体管T1的漏极作为所述阳 极PP，所述第二型电极为所述二端恒流器件的阴极NP，所述第一 N型耗尽型晶体管T1的栅 极作为所述阴极NP。
[0030] 从图1中可以看出，第一耗尽型晶体管T1的栅源电压Vgs等于电阻R两端压降的 相反值。二端恒流器件的阳极PP刚开始施加电压时，流过该二端恒流器件的电流为零。相 应的，电阻R两端的压降为零，第一耗尽型晶体管T1的栅源电压也为零。所述第一耗尽型 晶体管的栅源电压为零时，所述第一耗尽型晶体管T1的导电沟道处于开启状态，允许电流 流过。随着施加于二端恒流器件阳极PP上的电压Vd逐渐增大，流过该二端恒流器件的电 流Ids也逐渐增大，电阻R两端的压降也逐渐增大，所述栅源电压Vgs从零开始逐渐降低， 第一耗尽型晶体管T1的导电沟道逐渐夹断，输出电流Ids增大的幅度逐渐降低。最终第一 耗尽型晶体管T1的栅源电压Vgs与输出电流Ids达到动态平衡状态。此后，输出电流Ids 基本恒定，与外加电压Vd的大小无关。
[0031] 一旦进入动态平衡状态，流过二端恒流器件的电流Ids稍有增加时，电阻R两端的 压降也随之增大，栅源电压Vgs变得更负，电流Ids开始下降，反之亦然。由于第一耗尽型 晶体管T1的栅源电压Vgs与电阻R之间的负反馈作用，使得本发明第一实施例中提供的二 端恒流器件的输出电流非常稳定，恒流特性好。
[0032] 即使恒流器件工作在恒流区时，当工作电压发生变化时，输出电流也会发生微小 的变化，此时，电压变化量与电流变化量之比定义为恒流器件的动态阻抗。动态阻抗如下式 Q)所示：
[0033]
【权利要求】
1. 一种二端恒流器件，其特征在于，包括第一耗尽型晶体管和电阻， 所述第一耗尽型晶体管的源极与所述电阻的第一端连接，所述第一耗尽型晶体管的栅 极与所述电阻的第二端连接，其中，所述第一耗尽型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管，所述电 阻是分离电阻或与第一耗尽型晶体管集成的电阻； 所述二端恒流器件还包括第一型电极和第二型电极，其中，所述第一耗尽型晶体管的 漏极作为所述第一型电极，所述第一耗尽型晶体管的栅极作为所述第二型电极； 所述第一耗尽型晶体管为N型耗尽型晶体管，所述第一型电极为所述二端恒流器件的 阳极，所述第二型电极为所述二端恒流器件的阴极。
2. 根据权利要求1所述的二端恒流器件，其特征在于，所述二端恒流器件还包括第二 耗尽型晶体管，所述第二耗尽型晶体管的漏极与所述第一耗尽型晶体管的源极连接，所述 第二耗尽型晶体管的源极与所述电阻的第一端连接，所述第二耗尽型晶体管的栅极与所述 第一耗尽型晶体管的栅极及电阻的第二端连接，其中，所述第二耗尽型晶体管为氮化镓耗 尽型晶体管，所述电阻是分离电阻或与第一耗尽型晶体和第二耗尽型晶体管集成的电阻。
3. 根据权利要求2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述第一耗尽型晶体管的漏极 作为所述第一型电极，所述第二耗尽型晶体管的栅极与第一耗尽型晶体管的栅极连接作为 所述第二型电极。
4. 根据权利要求2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述第二耗尽型晶体管由N个第 三耗尽型晶体管构成，所述第三耗尽型晶体管为氮化镓耗尽型晶体管，其中，N为大于等于 2的整数； 所述N个第三耗尽型晶体管的栅极连接到一起作为所述第二耗尽型晶体管的栅极，所 述第一个第三耗尽型晶体管的漏极作为所述第二耗尽型晶体管的漏极，每个所述第三耗尽 型晶体管的漏极与其前一个所述第三耗尽型晶体管的源极连接，第N个所述第三耗尽型晶 体管的源极作为所述第二耗尽型晶体管的源极。
5. 根据权利要求2所述的二端恒流器件，其特征在于，当施加于所述二端恒流器件两 端的电压逐渐增大时，所述第二耗尽型晶体管在所述第一耗尽型晶体管之前达到饱和。
6. 根据权利要求1或2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述二端恒流器件的最大耐 压根据所述第一耗尽型晶体管的栅漏雪崩击穿电压确定，当施加于所述第一耗尽型晶体管 的电压达到第一耗尽型晶体管的栅漏雪崩击穿电压时，所述二端恒流器件被击穿。
7. 根据权利要求2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述第一耗尽型晶体管为N型耗 尽型晶体管，所述第二耗尽型晶体管为N型耗尽型晶体管，所述第一型电极为所述二端恒 流器件的阳极，所述第二型电极为所述二端恒流器件的阴极。
8. 根据权利要求1或2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述第一耗尽型晶体管是氮 化镓高电子迁移率晶体管，所述第二耗尽型晶体管是氮化镓高电子迁移率晶体管。
9. 根据权利要求1或2所述的二端恒流器件，其特征在于，所述第一耗尽型晶体管是氮 化镓耗尽型金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，所述第二耗尽型晶体管是氮化镓耗尽型 金属-绝缘体-半导体场效应晶体管。
【文档编号】G05F1/56GK104049666SQ201410269909
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年6月17日 优先权日:2014年6月17日
【发明者】李元 申请人:苏州能讯高能半导体有限公司