专利名称：一种垂直沟道恒流二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种二极管，特别是涉及到一种垂直沟道恒流二极管。属于半导体技术领域。
背景技术：
恒流源是电子设备中常用的一种装置，目前对恒定电流要求的场合一般采用电子元器件构成的电子线路来实现。这种方式虽然可以获得恒定电流，但结构复杂，体积大，可靠性难于保证。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种垂直沟道恒流二极管。既具有较低的启动电压和较快的反应速度，又具有较大的恒定电流值和耗散功率。以实现用恒流二极管直接驱动恒流负载和其他恒定电流应用的目的。本发明的技术方案一种垂直沟道恒流二极管，包括衬底，衬底上设有一层外延层，外延层上设有一组P+扩散区，在每个P+扩散区之间设有与负电极连接N+区，外延层的边缘设有绝缘层；衬底与正电极连接，外延层和P+扩散区与负电极连接。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述衬底是用高掺杂的P型半导体材料制成。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述外延层是用低掺杂的N型半导体材料制成。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述半导体材料为硅材料。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述P+扩散区是在外延层上扩散出的一块浓硼区域。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述N+区是在外延层上注入离子生成的离子注入区域。前述的垂直沟道恒流二极管中，所述绝缘层采用二氧化硅绝缘材料制成。与现有技术相比，本发明的是一种可获得不同恒定电流物理特性产品。可提供较大的正向恒定电流，具有恒电流启动电压低，高速，高反向电压的电物理特性。完全符合现有二极管正向恒流道通，反向截止的整流物理特性，而现有的恒流器件没有反向截止的特性。采用半导体PN结空间电荷区可控制的方法实现沟道电阻的自动调节。实现了用恒流二极管直接驱动恒流负载的目的。由于不需要通过电子线路就可为恒流负载提供大恒流源， 简化了结构，缩小了体积，提高了可靠性。本发明的垂直沟道恒流二极管属于二端电子元器件，是电子信息设备普遍使用的基础元器件，同时也是电子电路理论的重要基础元素。半导体恒流二端器件的出现，对于传统的恒流源设计是一种变更和进步，它简化了电路的设计和电子产品的安装调试，电路理论在工程应用中得到补充。
图1是本发明的结构示意图图2是本发明的原理图； 图3本发明的等效电路图； 图4是本发明的特性曲线图。附图中的标记为1-负电极，2-绝缘层，3-外延层，4-衬底，5-正电极，6-P+扩散区，7-N+区，8-耗尽层，9-垂直沟道。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但不作为对本发明的任何限制。
具体实施例方式本发明的结构示意图如图1所示，本发明的一种垂直沟道恒流二极管，包括衬底4，衬底4上设有一层外延层3，外延层3上设有一组P区6，在每个P区6 之间设有与负电极1连接N+区7，外延层3的边缘设有绝缘层2 ；衬底4与正电极5连接， 外延层3和P区6与负电极1连接。所述衬底4是用高掺杂的P型半导体材料制成，称为 P+硅衬底。所述外延层3是用低掺杂的N型半导体材料制成，称为N -外延层。所述半导体材料为硅材料。所述P区6是在外延层3上扩散出的一块浓硼区域，称为浓硼扩散的P+ 区。所述N+区7是在外延层3上注入离子生成的离子注入区域，称为离子注入的N+区。 所述绝缘层2采用二氧化硅绝缘材料制成。下面对本发明的工作过程及原理作进一步的说明如下
如图2所示，本发明是在外延层3上扩散出多个P+扩散区6，在两个相邻P区之间根据 PN结原理形成两个耗尽层8，在两个耗尽层8之间形成垂直沟道9，通过多个垂直沟道9并联结构的恒定电流叠加，实现大的恒定电流值。当本发明的衬底4经正电极5与正电源连接，外延层3、P+扩散区6和N+区7与负电源连接时。衬底4与外延层3之间形成的PN结正向导通。由于外延层的电位分布，垂直沟道9靠近衬底的电位高于靠近负电极的电位。因此，P+扩散区与外延层3之间形成的 PN结是反向偏置，P+扩散区6与外延层3之间形成耗尽层8。在两个耗尽层8之间形成垂直沟道9，当外加电压较低的时候，电流从沟道中流过，垂直沟道9的电阻为沟道内的半导体电阻。随着外加电压的提高，耗尽层的厚度不断加厚，P+扩散区6底部耗尽层的厚度不断加厚，两个P区之间的垂直沟道9不断缩小，直至耗尽层底部首先合拢(夹断)。这时垂直沟道电阻增大称为夹断电阻，电流饱和恒定。随着外加电压进一步逐步提高，垂直沟道的夹断厚度也逐步延伸，夹断电阻在一定范围同电压成比例增大，电流在一定电压变化范围内恒定。通过多沟道并联结构的恒定电流叠加，可以实现较大的恒定电流值。本发明的等效电路如图3所示。衬底4和外延层3构成的PN结相当于一个普通二极管D，两个P区6之间的形成的垂直沟道9，相当于普通恒流管T。本发明的等效电路相当于多个普通恒流管T並联后再与一个普通二极管D串联的电路。图4是本发明的恒流二极管的特性曲线图。图中纵坐标表示通过恒流二极管的电流I，横坐标表示加在恒流二极管两端的正向电压V。由图4可见，随着加在恒流二极管两端的正向电压V的增加，通过恒流二极管的电流I也迅速增加，当电流I达到额定恒流电流 Ih时，对应的电压值为\，随后正向电压V继续增加，但通过恒流二极管的电流保持不变，处于电流恒定状态。如果正向电压V超过额定电压Ve后继续增加，电流又开始随着电压的增加而增加，进入击穿，最终将恒流二极管损坏。由此可见，在正向电压V在Vs至Ve之间时， 电流不随电压的变化而变化，恒流二极管处于恒流状态。恒流状态时，垂直通道处于夹断状态，夹断厚度随着夹断电压的增加，，夹断电阻也随之同比例增加，因此通过恒流二极管的电流不发生变化。 通过恒流二极管的电流I等于恒流二极管中通过所有垂直沟道9的电流之和，所以本发明的恒定电流值和目前的普通恒流二极管相比可以灵活设计配置。
权利要求
1.一种垂直沟道恒流二极管，其特征在于包括衬底(4)，衬底(4)上设有一层外延层 (3)，外延层(3)上设有一组P+扩散区(6)，在每个P+扩散区(6)之间设有与负电极(1)连接N+区(7)，外延层(3)的边缘设有绝缘层(2);衬底(4)与正电极(5)连接，外延层(3)和 P+扩散区(6)与负电极(1)连接。
2.根据权利要求1所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述衬底(4)是用高掺杂的P型半导体材料制成。
3.根据权利要求1所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述外延层(3)是用低掺杂的N型半导体材料制成。
4.根据权利要求2或3所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述半导体材料为硅材料。
5.根据权利要求1所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述P+扩散区(6)是在外延层(3)上扩散出的一块浓硼区域。
6.根据权利要求1所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述N+区(7)是在外延层(3)上注入离子生成的离子注入区域。
7.根据权利要求1所述的垂直沟道恒流二极管，其特征在于所述绝缘层(2)采用二氧化硅绝缘材料制成。
全文摘要
本发明公开了一种垂直沟道恒流二极管，包括衬底，衬底上设有一层外延层，外延层上设有一组P+扩散区，在每个P+扩散区之间设有与负电极连接N+区，外延层的边缘设有绝缘层；衬底与正电极连接，外延层和P+扩散区与负电极连接。本发明是一种可获得不同恒定电流物理特性产品。可提供较大的正向恒定电流，具有恒电流启动电压低，高速，高反向电压的电物理特性。采用半导体PN结空间电荷区可控制的方法实现沟道电阻的自动调节。实现了用恒流二极管直接驱动恒流负载的目的。由于不需要通过电子线路就可为恒流负载提供大恒流源，简化了结构，缩小了体积，提高了可靠性。
文档编号H01L29/06GK102487088SQ20101056835
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者刘桥 申请人:贵州煜立电子科技有限公司