专利名称：高压触发管以及烤炉烤箱和金属卤素灯的触发电路的制作方法
技术领域：
本发明专利涉及一种高压触发管，尤其涉及一种快速开关的高压触发管，其呈现负阻特性(即拉回特性，崩溃瞬间电压减小，如图2所示的BB曲线)，触发电压高，较大的导通电流能力等特点。
背景技术：
高压触发管是金属卤素灯上必不可少的核心元件，通过其快速开关的特性，在半个正弦周期内，要产生3个脉冲，并且要高到4Kv的电压，起到点亮电离金属卤素发光的目的。金卤灯是继白炽灯、卤素灯之后当今世界崛起的第三代绿色照明光源，以光效高、显色性好、使用寿命长等优势，不仅成为高档轿车、背投电视，路灯，厂矿照明等光源的首选，还可广泛应用于军事、探险、水下作业、野外搜救等领域。与普通白炽灯相比，金卤灯节能效果惊人，市场空间巨大。目前，金卤灯在欧美发达国家发展势头迅猛，已有近40%的普及率，但 我国去年80亿支灯泡产量中，金卤灯所占比例不足2%，所以该产品在我国具有较大的市场空间。目前传统的放电管或可控硅大都采用N型(N-type)衬底，主三极管为PNP结构， 产品呈现正阻特性(崩溃瞬间电压要稍微加大才能完全导通，如图2所示的FB曲线，这样随着电容上充电电压的增加，漏电增大，电容无法继续充电以提高电压，故而无法完成导通功能；如果提高充电电流，也会由于充电电流过大，导致放电管导通后无法关断，无法用在高压高温条件下电容充放电电路，比如无法应用在如图I所示的烤炉烤箱，高压钠灯灯的充放电电路中。现有的PNP结构的放电管具有放大倍数低、开关速度慢，正阻特性等缺点，无法用做开关元件，而普通的低压触发管DB3的触发电压过低，亦无法满足高压触发的要求。
发明内容本发明的目的之一在于提供一种触发管，其具有开关速度快、触发电压高、具有较大通流能力，高可靠性等特点，能够使用在恶劣应用条件下的(比如高温高压)烤箱烤炉触发电路中，脉冲发生器，离子发生器等场合。本发明的目的之二在于提供一种使用了烤炉烤箱和金属卤素灯的触发电路，其采用了具有开关速度快、触发电压高、具有较大通流能力的高压等特点的触发管。为实现以上的目的，本发明专利采用的技术方案是所述触发管包括P型衬底、分别位于P型衬底两侧的两个N长基区、分别设置在每个N长基区上的P型发射极、覆盖于每个N长基区和P型发射极的外侧表面的合金层以及连接于合金层上的金属电极，其中在P型衬底与两侧的N长基区的结合处分别蚀刻有外沟槽，外沟槽边上覆盖有钝化玻璃粉层以保护PN结。所述触发管还包括设于每个N长基区和P型之间的P型埋层。所述P型衬底采用掺有P型杂质(比如硼)的〈111〉晶向的直拉<CZ>或者区融<FZ>的单晶硅作为衬底材料，掺杂的方块电阻保持在I 一 150欧姆。
所述埋层是采用掩膜板形成适当图形的氧化层后，采用氧化层掩模作用，采用P型离子注入的方式得到，根据实际触发电压的需要，离子注入的浓度在2E 12 — 2 E 14ions/cm2之间选择，以形成不同的触发导通电压。在N长基区扩散前，根据触发电压不同，对埋层高温推进4-10天到25-40不等的微米处，使其有足够的耗尽层宽度。所述N长基区是通过双面磷扩散，形成10-35方块电阻后，再作高温推进10-15小时到5-10微米。
所述发射极扩散采用掩膜板形成适当图形的氧化层掩模，执行P型杂质(硼或鎵)扩散得到所述发射极，扩散浓度保持在方块电阻I 一 2欧姆之间。在所述N长基区表面的非发射极区域，执行二次磷扩散，磷的浓度在1-3欧姆之间，然后用2 - 5个小时在炉管里做高温推进扩散的表面硼和磷，形成良好的欧姆接触，保持导通压降在1-2V之间。对形成触发管的晶圆、触发管的成品或半成品进行电子辐照，剂量在2-20KGY，降低载流子的寿命，使其能够在叠加芯片后形成的成品，能够快速关断，能够在50HZ或60Hz的市电的半个正弦周期里，调整到关断次数大于等于3次。根据本发明的另一个方面，其还提供有烤箱烤炉的触发电路以及金属卤素灯的触发电路，它们都采用了本发明中的改进的触发管或触发管的组合。与现有技术相对，本发明具有如下技术效果采用P型衬底，在高压触发管的PNPNP结构中如图3所示，主三极管形成了 NPN结构，NPN型晶体管相比于PNP晶体管，开关速度更快，形成了 PNP-NPN的闭环正反馈结构，由于主三极管是NPN结构，在导通的瞬间具有负阻电压拉回特性，如图2所示的BB曲线，能够用在烤箱、烤炉、离子发生器、金属卤素灯等触发电路中。如使用N型衬底，则会形成NPN-PNP结构的放电管，主晶体管是PNP结构，在导通的瞬间形成正阻特性，如图2所示的FB曲线，由于随着电压的增加，漏电电流越大，导致电容上无法继续充电而提高电压，导致N型衬底的N P N -PNP结构的放电管无法完全导通，而如果通过减小充电电阻，如图2所示，提高充电电流，虽然可以完成完全导通，但是由于充电电流加大，可能导致充电电流大于擎住电流IH而无法关断，而无法用在金属卤素灯，烤箱烤炉等的触发管中。故而无法用做开关元件，同时由于FB特性，其开关速度也大大降低。关于本发明的其他目的，特征以及优点，下面将结合附图在具体实施方式
中详细描述。
结合参考附图及接下来的详细描述，本发明将更容易理解，其中同样的附图标记对应同样的结构部件，其中图I为本发明中的烤箱烤炉的触发电路的原理图；图2示出了本发明中的P型触发管的伏安特性曲线BB和现有的N型放电管的伏安特性曲线FB的对比示意图，其中横坐标为电压，纵坐标为电流；图3本发明中的触发管的剖面结构示意图；图4本发明中的金属卤素灯触发电路的原理图5为图4所示的金属卤素灯采用本专利技术组合成的触发管，在市电时的开关特性测试图，其中其可以在半个正弦周期内产生3个脉冲。图中标记为P型衬底I ;埋层2、3 ;N长基区4、6 ;金属电极5、7 ;发射极8、9 ;镀镍合金层10、11 ;钝化玻璃粉层12、13、14、15。
具体实施方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指与所述实施例相关的特定特征、结构或特性至少可包含于本发明至少一个实现方式中。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非必须都指同一个实施例，也不必须是与其他实施例互相排斥的单独或选择实施例。此外，表示一个或多个实施例的方法、流程图或功能框图中的模块顺序并非固定的指代任何特定顺序，也不构成对本发明的限制。 如图3所示，其为本发明中的触发管的剖面结构示意图。所述触发管为P型衬底1，两侧为N长基区4、6，形成主三极管为NPN结构；在N长基区4、6上分别设置有P型发射极8、9，在N长基区4、6的下方分别设有P型埋层2、3，在每个N长基区及P型埋层的外侧表面设置有合金层9、11 (比如镀镍合金层)，合金层的外面连接有金属电极5、7，在P型衬底I分别与两侧N长基区4、6结合处蚀刻有外沟槽，外沟槽边上有钝化玻璃粉层12、13、14、15。其中P型衬底I采用掺有P型杂质(比如硼)的〈111〉晶向的直拉<CZ>或者区融<FZ>的单晶硅作为衬底材料，掺杂的浓度保持在I 一 150欧姆的方块电阻，P型衬底I与两侧N长基区4、6形成主三极管为NPN结构，相比原有PNP三级管具有较大的放大倍数、快速开关的特点，并且具有较大的通流能力。在触发管的N长基区4、6的下方分别设有P型埋层2、3。利用带有适当图形的掩模版制作氧化层，利用氧化层的掩模作用，采用P型离子注入的方式，形成易于控制浓度的P型埋层2、3离子注入的浓度在2 E 12 — 2 E 14ions/cm2之间，以形成不同的崩溃电压；不同于扩散，离子注入能够精确的控制注入剂量，进而精确地控制触发崩溃电压，使得产品的电压一致性能有了很大提高，提高了生产线上的良率，降低了产品成本。在N长基区扩散前，根据触发电压的不同需要，对其高温推进4-10天不等得时间到25-40微米处，使其有足够的耗尽层宽度。触发管的N型长基区4、6是通过双面磷扩散后，形成10-35欧姆不等得方块电阻后，在高温炉管里推进10-15小时到10微米，形成N型长基区4、6。触发管的发射极8、9是利用带有适当图形的掩模版，做适当图形的氧化层，利用氧化层的掩膜作用，对表面扩散P型杂质(比如硼)形成发射极8和9，扩散浓度在I 一 2欧姆方块电阻之间，由于表面的非发射极区域是浓度为10-35欧姆的外露N长基区，为了形成好的欧姆接触，对其进行二次磷扩散，加浓到1-3欧姆，以便金属化的时候，能够在整个外表面形成好的欧姆接触。在金属化前用2 - 5个小时作高温推进，使得发射极8、9表面和长基区外露的1-3欧姆的表面的浓度降低，减少由于外力对产品性能的影响。保持良好的导通时压降VTM的一致性。
在另一个实施例中，可以对形成触发管的晶圆、触发管的半成品或触发管的成品进行电子辐照，即在进行电子辐照后形成才所述最终的多脉冲触发管，剂量在2-20KGY，降低载流子的寿命，使其能够快速关断，能够在50HZ的市电的半个正弦周期里，关断次数大于等于3次。 如图I示出了采用了本发明中的触发管的触发电路原理图，所述Zl可以采用上文描述的高压触发管。图I所示的是烤炉烤箱的触发电路，其包括电源，依次串联在电源两端的二极管D1、限流电阻R2和电容C2，以及电容C2并联且相互串联的高压触发管Z2和变压器T2的初级线圈，所述变压器T2的次级线圈上分别接金属电极。电源通过D1，对C2充电，当达到触发电压时候，触发管触发导通，在T2瞬间产生高压，连在T2的二级线圈上的两个金属电极上的高压因电荷聚集而放电产生电火花而被用作烤箱烤炉的点火电路。如图4所示，其示出了采用了本发明中的触发管的金属卤素灯触发电路，其包括依次串联在两个电源输入端之间的镇流器Ballast、变压器(H. V. Step-up Transformer)初级侧、触发管Z3、第一电感LI和第一电阻Rl ;与变压器初级侧、触发管Z3和第一电感LI并联的第一电容Cl ;与第一电阻Rl并联的第二电容C2 ;连接于变压器的次级侧和一个电源输入端之间的金属齒素灯(Metal Halide Lamp)。两个输入端之间的电源可以是220V/240V的50/60HZ的市交流电，Cl的值可以为0. 1-0，15uF，C2的值可以为0. 22-0. 33uF，Rl的值可以为5.6-8. 2K欧姆，LI的值可以为5-6uH。其中，所述Z3由两个上文描述的改进的触发管串联后封装而成。所述触发电路Z3的雪崩电压是220V，电源采用的是市电220V，对0. IuF电容Cl进行充电，当电容Cl上的充电电压达到220V时，所述触发管Z2导通，瞬间放电电流通过变压器在二级线圈(次级侧的线圈)上能够产生4 K V的高压，由于采用了电子辐照，使得触发管Z3能够迅速关断，进行二次，三次充电，在半个正弦周期内可以连续产生3个或以上的高压脉冲，如图5所不,金属齒素灯里的金属齒素混合物,灯发光。灯发光后，形成了一个低阻电路，电流经过整流器，变压器，金属卤素灯(MHL )等，触发管停止工作。本发明中的触发管具有开关速度快、触发电压高、通流能力强、降低生产成本等优点，在高温高压场合，诸如金属卤素灯、高温烤箱、烤炉、离子发生器等领域具有很大的使用价值，采用本产品的电子线路所需线路简单，电子元器件少，电路安全可靠。上文对本发明进行了足够详细的具有一定特殊性的描述。所属领域内的普通技术人员应该理解，实施例中的描述仅仅是示例性的，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下做出所有改变都应该属于本发明的保护范围。本发明所要求保护的范围是由所述的权利要求书进行限定的，而不是由实施例中的上述描述来限定的。
权利要求
1.一种触发管，其特征在于其包括P型衬底、分别位于P型衬底两侧的两个N长基区、分别设置在每个N长基区上的P型发射极、覆盖于每个N长基区及P型发射极的外侧表面的合金层以及连接于合金层上的金属电极，其中在P型衬底与两侧的N长基区的结合处分别蚀刻有外沟槽，外沟槽边上覆盖有钝化玻璃粉层。
2.根据权利要求I所述的触发管，其特征在于其还包括有设于每个N长基区和P型衬底之间的P型埋层。
3.根据权利要求I所述的触发管，其特征在于所述P型衬底采用掺有P型杂质的〈111〉晶向的直拉或者区融的单晶硅作为衬底材料，掺杂的浓度保持在I 一 150欧姆的方块电阻。
4.根据权利要求I所述的触发管，其特征在于所述P型埋层是利用带有图形的掩模版制作适当图形的氧化层，利用氧化层的掩膜，采用双面离子注入的方式得到，离子注入的浓度在 2 E 12 — 2 E 14ions/cm2。
5.根据权利要求I所述的触发管，其特征在于通过双面磷扩散形成10-35欧姆的方块电阻的所述N长基区。
6.根据权利要求5所述的触发管，其特征在于通过表面扩散P型杂质得到所述发射极，扩散浓度在I 一 2欧姆的方块电阻。
7.根据权利要求6所述的触发管，其特征在于在非发射极区进行二次磷扩散，浓度在1-3欧姆方块电阻。
8.根据权利要求I所述的触发管，其特征在于对形成所述触发管的晶圆、触发管的成品或半成品进行电子辐照。
9.一种烤炉烤箱的触发电路，其特征在于，其包括 电源； 依次串联在电源的两端之间的二极管、第一电阻和第一电容； 与第一电容并联的且相互串联的变压器的初级线圈和触发管， 其中所述触发管为权利要求1-8任一所述的触发管。
10.一种金属卤素灯的触发电路，其特征在于，其包括 依次串联在两个电源输入端之间的整流器、变压器初级侧、触发管、第一电感和第一电阻； 与变压器初级侧、触发管和第一电感并联的第一电容； 与第一电阻并联的第二电容；和 连接于变压器的次级侧和一个电源输入端之间的金属卤素灯， 其中，所述触发管由两个权利要求1-8任一所述的触发管串联后封装而成。
全文摘要
本发明公开了一种快速开关的高压触发管，是一种无门极的可控硅结构，但是采用的是P型衬底。不同于固体放电管或可控硅采用N型衬底，本发明中的高压触发管采用P型衬底，两侧为N长基区，形成主三极管为NPN结构，使其有较高的电流放大倍数，呈现负阻特性，在N长基区的下方分别设有埋层，芯片的外表面分别设置有镀镍合金层，用来分别连接两个金属电极，在P型衬底分别与两侧N长基区结合处蚀刻有外沟槽，沟槽边上有钝化玻璃粉层。本高压触发管具有开关速度快，开通瞬间负阻特性，触发电压高(100-360V)通流能力强、降低生产成本等优点，在高温高压场合，诸如金属卤素灯、高压钠灯，高温烤箱、烤炉、离子发生器，脉冲发生器，时钟等领域具有较大的使用价值。
文档编号H03K17/70GK102760774SQ20121022921
公开日2012年10月31日 申请日期2012年7月4日 优先权日2012年7月4日
发明者王萌 申请人:王萌