专利名称：开关器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于火花发生器电路的开关器件。
背景技术：
双向硅开关器件经常用在火花或脉冲发生器电路中，例如点燃煤气用具或用于灯的点火等。
在普通电路中，电源电压用于为电容器充电。当超过硅开关器件的转折电压时，器件触发进行传导，并且通过升压变压器的初级绕组使电容放电。变压器经过它的次级绕组产生非常高的电压，然后其经过火花间隙产生火花。该火花被用于点燃煤气用具。
这样的电路还可以用于产生点燃气体放电管形灯泡所需的高压。在高强度放电(HID)灯的情况下，需要为每个电源半周期提供多个(例如至少三个)点火脉冲。在开关器件中需要非常窄的电压窗，以便在电路产生期间保证所有的镇流器满足这样的需要。
通常所用开关器件是四层的PNPN器件，并且PNPN器件的开关电压特性必须严密受控，在电源电压中有变化地提供可靠地操作。如果器件的击穿电压太低，则在电容器中不能储存足够的能量来提供足够的火花。如果击穿电压太高，则将妨碍器件的触发。此外，触发电流必须受控，以便有足够的电流触发半导体器件，但是电流不应该太慢，以致在电容器放电后使器件仍保持接通。
简单的玻璃钝化PNPN器件一般用于开关器件，但很难制造这样的具有所需电容限的器件。
发明内容
由此，本发明提供一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，所述器件包括第一电导率半导体材料的第一和第三扩散层；第二电导率半导体材料的第二和第四扩散层；以及在第三层中的具有第一电导率类型的第一埋入区，所述埋入区与第二和第三层之间的连接处相邻，埋入区的杂质浓度大于第三层；其中所述埋入区用于控制器件的开关电压；所述扩散层形成晶体管；以及电阻形成在晶体管的基极和发射极扩散区之间，用于控制器件的开关电流。
有益地是，所述晶体管是NPN型晶体管，所述第二层形成所述晶体管基极区，所述第一层形成所述发射极区，所述电阻形成为所述晶体管的基极扩散的一部分。
在本发明的优选形式中，所述第一层是高度掺杂N+型发射极区，所述第二层是P型基极区，所述第三层是N型衬底，所述第四层是P型深阳极区，所述埋入区是N型扩散区。
本发明的还一种形式具有与所述PNPN器件反并联相连的PN二极管。
有益地是，所述PN二极管和所述PNPN器件制造为单片集成电路，所述二极管具有与N型扩散区相对的深阳极扩散。
优选地是，所述电阻使PNPN器件的基极区与反并联二极管的阳极相连。
在本发明的还一个优选形式中，两个这样的PNPN器件彼此反并联连接，以形成双向开关器件。各个电阻形成在每个所述PNPN器件的晶体管的基极扩散区与发射极扩散区之间，用于控制每个所述PNPN器件的开关电流，每个所述电阻使各个所述PNPN器件的基极区分别与所述PNPN器件的另一个的阳极相连。复合器件有益地制造为单片集成电路。
下面将参考附图，通过例子，进一步描述本发明，其中图1是普通火花发生器电路的电路图；图2是根据本发明的半导体开关器件的优选形式的剖面图；图3是图2中器件的一半的等价电路；图4是与图1中形式相类似的、根据本发明开关器件的第二形式的视图；图5是与图1相类似的、使用图4中器件的电路图；图6是与图2中形式相类似的、根据本发明开关器件的第三形式的视图；图7是与图1中形式相类似的、示出使用图6中器件的电路的电路图；以及图8是图6中器件的一半的等价电路图。
具体实施例方式
参考图1，该图示出简单的火花发生器电路10，其中电容器C通过电阻器R由电源电压充电。电路具有PNPN双向半导体开关器件12，其在电容器C两端的电压超过器件12的导通电压时被触发进行电传导。这样通过升压变压器的初级绕组14对电容器进行放电。变压器经过它的次级绕组16产生非常高的电压，次级绕组16在火花间隙18之间产生火花。
参考图2，该图示出根据本发明的将使用图1中电路的半导体开关器件12的优选实施例的剖面图。
图2中所示器件是双向PNPN器件，其具有N型衬底14。P型深阳极区16通过扩散形成在N型衬底的相对侧上。然后，将更高度掺杂N型扩散18引入衬底14且在衬底的与每个深阳极区16相对的侧面上。然后，P型基极区20和高度掺杂N+型发射极区22扩散入衬底中。最后，金属和氧化层24、26被沉积，金属层形成器件的触点。
可以从图2中看出，器件包括两个反并联的PNPN结构。在每个结构的基极扩散20之下的N扩散18允许在制造过程中精确地设定器件的开关电压。大约200V的开关电压适于大多数点火器电路。
区域22和20形成NPN晶体管的发射极和基极区，同时区域18和14形成集电极区。
此外，扩散的电阻28在基极20的扩散过程中形成，这个电阻28将PNPN结构中的一个的阳极16以及相邻PNPN结构的NPN晶体管的发射极22连接至相邻PNPN结构的基极20。电阻28控制器件的开关电流。实际上，电阻28具有几千欧姆的值，以提供几百微安的良好受控的开关电流。
图1中电路的电容器可以沿电源电压周期的逆向和正向被充电，并且由于图2示出的器件可以在两个复数方向中开关，因此电路适于对应每个电源周期产生多个脉冲。
N型扩散18设置导通电压VBO。
通过将受控电压击穿区和良好限定的电阻28包括在PNPN器件中，可以制造出具有点火器电路所需的容限的双向开关。
图3是图2中PNPN结构中的一个的等价电路。晶体管TR1由图2中结构的发射极区22、基极区20和集电极区14和18形成。晶体管TR2由图2中结构的发射极区16、基极区14和集电极区20形成。器件上的电压施加在击穿二极管100和电阻28上。击穿二极管100通过基极扩散20和N型扩散18形成。一旦二极管100上的电压超过导通电压，二极管就开始导电，但是电阻28通过二极管100控制开关电流。当经过电阻28的电流增加时，它导通第一晶体管TR1，第一晶体管TR1依次导通第二晶体管TR2。
参考图4，该图示出与图2相类似的、但示出单向开关器件40的视图。可以看出，所述结构基本上与图2的左视图相同。器件40的与器件12的结构相类似的部分以相同的标号被给出。对应图4中结构的等价电路与图3中所示的相同。
在图4的结构中，扩散电阻28形成为基极扩散20的一部分，并且通过上金属层24的延伸30连接至器件的发射极。
图4的器件例如将用在诸如图5所示的电路中。这与图1中的电路相类似，相同的部件用相同的标号表示。然而，电容器C的充电通过桥式整流器19而被影响。结果，仅需要器件12沿一个方向开关。因为桥式整流器19提供了回流路径，所以在图4的结构中不需要反并联二极管。
图6是与图2的形式相类似的视图，示出了具有非对称结构的开关器件50。并且，与图2中部件相类似的部件用相同的标号表示。
在图6的器件中，左手部分中的结构与图2的左手部分相同。然而，右手结构形成反并联二极管29，并且具有与高度掺杂N+型扩散区22相反的深阳极扩散16。扩散的电阻28使左手PNPN结构的基极20与发射极区22以及与右手结构的深阳极16相连。
图6的器件的等价电路示出在图8中。
图6中的器件将用在例如示出在图7中的电路中。该电路与图1中的电路相类似，并且相同的部件用相同的标号表示。
在图7中，由于电容器C只沿一个方向(一个复数方向)充电，因此图5中的器件只需要沿一个方向开关。反并联二极管29为帮助电容器再次充电的电流提供振荡回路。该电路适于较低的开关速率，诸如用在煤气点火器中。
权利要求
1.一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，包括第一电导率半导体材料的第一(22)和第三(14)扩散层；第二电导率类型半导体材料的第二(20)和第四(16)扩散层；以及在第三层(14)中的具有第一电导率类型的第一埋入区(18)，所述埋入区(18)与第二(20)和第三(14)层之间的连接处相邻，埋入区的杂质浓度大于第三层(18)；其中所述埋入区(18)用于控制器件的开关电压；所述扩散层形成晶体管(TR1)；以及电阻(28)形成在晶体管(TR1)的基极和发射极扩散区(20，22)之间，用于控制器件的开关电流。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，所述晶体管(TR1)是NPN型晶体管。
3.如权利要求1或2所述的器件，其特征在于，所述第二层(20)形成所述晶体管基极区，所述第一层(22)形成所述发射极区。
4.如权利要求1、2或3所述的器件，其特征在于，所述电阻(28)形成为所述晶体管(TR1)的基极扩散(20)的一部分。
5.如权利要求1至4中任一项所述的器件，其特征在于，所述第一层(22)是高度掺杂N+型发射极区，所述第二层(20)是P型基极区，所述第三层(14)是N型衬底，所述第四层(16)是P型深阳极区，所述埋入区(18)是N型扩散区。
6.一种复合PNPN器件，包括如权利要求1至5中任一项所述的PNPN器件以及与所述PNPN器件反并联相连的PN二极管(29)。
7.如权利要求6所述的复合器件，其特征在于，所述PN二极管(29)和所述PNPN器件制造为单片集成电路。
8.如权利要求6或7所述的复合器件，其特征在于，所述二极管(29)具有与N型扩散区(22)相对的深阳极扩散(16)。
9.如权利要求6，7或8所述的复合器件，其特征在于，所述电阻(28)使PNPN器件的基极区(20)与反并联二极管(29)的阳极(16)相连。
10.一种复合器件，包括两个如权利要求1至5中任一项所述的PNPN器件，所述两个器件彼此反并联连接，以形成双向开关器件；其中，各个电阻(28)形成在每个所述PNPN器件的晶体管(TR1)的基极扩散区与发射极扩散区(20，22)之间，用于控制每个所述PNPN器件的开关电流；以及每个所述电阻(28)使各个所述PNPN器件的基极区(20)分别与所述PNPN器件的另一个的阳极相连。
11.如权利要求11所述的复合器件，其特征在于，所述复合器件制造为单片集成电路。
全文摘要
一种用于点火器电路的PNPN半导体开关器件，包括N型电导率半导体材料的第一(22)和第三(14)扩散层；P型电导率类型半导体材料的第二(20)和第四(16)扩散层；以及在第三层(14)中的具有N型电导类型的第一埋入区(18)，所述埋入区(18)与第二(20)和第三(14)层之间的连接处相邻。埋入区的杂质浓度大于第三层(18)，并且用于控制器件的开关电压。第一至第三扩散层形成晶体管(TR1)，并且电阻(28)形成为在晶体管(TR1)的基极和发射极扩散区(20，22)之间的晶体管基极扩散的一部分，用于控制器件的开关电流。
文档编号F02P3/04GK1561546SQ02819185
公开日2005年1月5日 申请日期2002年9月18日 优先权日2001年9月28日
发明者昆瑞德·吕特赫斯, 斯蒂芬·威尔顿·拜厄特 申请人:伯纳斯有限公司