扩散电势二极管的制作方法

本发明是关于半导体应用领域，特别是串联多个扩散电势二极管应用在各式电路。

背景技术：

依据现有的二极管有p-n接合二极管(p-n junction diodes)、稳压二极管(Zener diodes)、雪崩二极管(Avalanche diodes)、变容二极管(Varactor diodes)、隧道二极管(Tunnel diodes)、葛恩二极管(Gunn diodes)、发光二极管(Light emitting diodes, LED)及萧特基二极管(Schottky diodes)等皆为p-n接合型，其中以萧特基二极管的顺向电压降(Forward voltage drop)最低约为0.2伏特(Volt)。

由上述可知,p-n接合二极管及萧特基二极管的顺向电压降最低约为0.2伏特,其缺点为在电路应用中,其无法应用于需要顺向电压降为0.2伏特以下,而且可大电流通过的电路需求。

技术实现要素：

依据半导体理论，因为费米能级(Fermi level(energy)的位置会随掺杂浓度(Dopant Concentration)而变化，所以当一个施主杂质浓度(Donors Impurity Concentration)为N_D⁺的n⁺区与一个施主杂质浓度为ND的n区相接触时，可以预期在两者之间应该建立起一个扩散电势(Diffusion Potential)Vn⁺n，其Vn⁺n的大小为:

Vn⁺n=kT/e*ln(N_D⁺/N_D)

上式中，K为波兹曼常数(Boltzmann constant)，T为硅n⁺-n接合的绝对温度(Si n⁺-n junction absolute temperature)，e为电子电荷量(Electron Charge)，*为乘号，ln为自然对数(Natural Logarithm)，如果接面是突变的，我们就可以预期在n⁺区侧会出现一个很窄的耗尽区（Depletion Region)，而在n区侧边则会出现一个很窄的积叠层(Accumulation layer)。

类似地，扩散电势Vp⁺p也会出现在p⁺-p接面处，其Vp⁺p的大小为:

Vp⁺p=kT/e*ln(N_A⁺/N_A)

上式中，N_A⁺和N_A分别为两个区域的受主杂质浓度(Acceptor Impurity Concentration)。

实际上所有这样的接面都是缓变的，所以其过渡区所覆盖的距离会大于突变接面情况下所形成的空间电荷层浓度。 其结果是，在这个过渡区内近似的电中性能够得以维持，并且建立起内建电场E。 该电场恰好能移与载流子沿浓度降落方向扩散的趋势相抗衡。

在n⁺-n过渡区中，内建电场E:

E= -kT/eN_A*dN_D/dx

上式中，N_D仅在x方向上变化。

在类似的p⁺-p过渡区中，则有内建电场E:

E= kT/eN_A*dN_A/dx

因与p-n接面不同，n⁺-n和p⁺-p过渡区在加偏压时不会在某一方向上表现出高阻抗。

对于n⁺-n接面，如果使n⁺区相对于n区的电位为正，其偏压就会附加到扩散电势上，这有助于加速多子电子(Carrier Electrons)，使其离开n区进入n⁺区。同时，少子空穴(Carrier Holes)也会因为被加速而离开n⁺区进入n区，但由于其数量可能很少，所以该结构的空穴注入效率可以被认为是零，而电子的注入效率则几乎是一。

极性相反的偏压会减弱扩散势垒，同时降低内建电场的幅值。此时会有净的电子流出n⁺区并扩散进入n区，而少子空穴也会在偏压的帮助下流出n区进入n⁺区。当有过剩空穴依靠扩散经n区流向n⁺-n接面时，同样会在这种偏压的帮助下流入n⁺区，并且，在正常的情况下，会在那里被复合掉。

由上述理论可知，在其n⁺区加正电位可以使电子加速自n区进入n⁺区，亦就是n⁺-n半导体形成导通状态，此是以电子流流动方向而言，若以电流方向而言，则电流方向与电子流方向相反，亦可以说，当在其n⁺区加正电位可以使电流加速自n⁺区进入n区，亦就是n⁺-n半导体形成导通状态，而以下本发明所述的内容皆采用电流方向论述，特此述明。

由上述理论可知，极性相反的偏压加于n⁺区，此时会有极少数的电子流流出n⁺区并且扩散进入n区，形成开路状态。 若将负电位提高大于Vn⁺n值，此时n⁺-n半导体形成导通状态，此Vn⁺n值可以称为扩散电势二极管的电压降。 此是以电子流流动方向而言，若以电流方向而言，则电流方向与电子流方向相反，而以下本发明所述的内容皆采用电流方向论述，特此述明。

本发明是以n⁺-n半导体或p⁺-p半导体组成的扩散电势二极管，因其理论特性、构造与功能皆与p-n接合型二极管不同，足够证明本发明为一新发明，并且详述于下。

本发明的目的:

1. 为利用n⁺-n与p⁺-p半导体理论制成扩散电势二极管，利用其电性特征应用于各种电路的需求。

2. 利用所制成的扩散电势二极管，应用于小于萧特基二极管的顺向电压降最低约为0.2伏特的低电压降直流电路，例如电池电路、集成电路、内存电路及各种微电子电路。

3. 利用扩散电势二极管的Vn⁺n值或Vp⁺p值的不同，可以提供电池电路、集成电路、内存电路及各种微电子电路的需求。

4. 将扩散电势二极管制成各种包装，可成为一只电子组件应用于各种电路中。

技术方案：

本发明提供一种扩散电势二极管，包括：

一n⁺半导体与一n半导体，该n⁺半导体连接该n半导体，在该n⁺半导体形成一阳极端，以及在该n半导体形成一阴极端。

本发明提供一种扩散电势二极管，其包括：

第一n⁺-n半导体串联连接第二n⁺-n半导体，其中该第一n⁺-n半导体与该第二n⁺-n半导体各包含一n⁺半导体与一n半导体，在该n⁺半导体形成一阳极端，以及在该n半导体形成一阴极端。

该第一n⁺-n半导体的n⁺半导体端形成第一阳极端、该第二n⁺-n半导体的n+半导体端形成第二阳极端，以及该第一n⁺-n半导体的n半导体串联连接该第二n⁺-n半导体的n半导体。

该第一n⁺-n半导体的n半导体端形成第一阴极端，该第二n⁺-n半导体的n半导体端形成第二阴极端，该第一n⁺-n半导体的n⁺半导体串联连接该第二n⁺-n半导体的n⁺半导体。

该阴极端电性进一步连接充电装置的正电端或负载的正电端，该阳极端电性连接电池的正电端，该电池的负电端电性连接充电装置的负电端或负载的负电端。

该第二阳极端进一步电性连接充电装置的正电端或负载的正电端，该第一阳极端电性连接电池的正电端，该电池的负电端电性连接充电装置的负电端或负载的负电端。

本发明提供一种扩散电势二极管，其包括:

一p⁺半导体与一p半导体，该p⁺半导体连接该p半导体，在该p⁺半导体形成阳极端，以及在该p半导体形成阴极端。

本发明提供一种扩散电势二极管，其包括：

第一p⁺-p半导体串联连接第二p⁺-p半导体，其中该第一p⁺-p半导体与该第二p⁺-p半导体各包含一p⁺半导体与一p半导体，该p⁺半导体连接该p半导体，在该p⁺半导体形成阳极端，以及在该p半导体形成阴极端。

该第一p⁺-p半导体的p⁺半导体端形成第一阳极端，该第二p⁺-p半导体的p⁺半导体端形成第二阳极端，该第一p⁺-p半导体的p半导体串联连接该第二p⁺-p半导体的p半导体。

该第一p⁺-p半导体的p半导体端形成第一阴极端，该第二p⁺-p半导体的p半导体端形成第二阴极端，该第一p⁺-p半导体的p⁺半导体串联连接该第二p⁺-p半导体的p⁺半导体。

本发明具有下列有益效果：

1. 本发明扩散电势二极管为一只n⁺-n或p⁺-p所组成，为世界首创制成的扩散电势二极管。

2. 本发明扩散电势二极管为一只n⁺-n或p⁺-p所组成，因扩散电势二极管的Vn⁺n值或Vp⁺p值为供应需求之所需，而提供不同的Vn⁺n值或Vp⁺p值。

3. 本发明以扩散电势二极管可以用第一扩散电势二极管的n⁺-n或p⁺-p与第二扩散电势二极管的n⁺-n或p⁺-p串联连接所组成，并且制成电子元件，应用各种电路中，为世界首创制成的扩散电势二极管。

附图说明

图1为本发明第一实施例的扩散电势二极管的方块示意图。

图2为本发明第二实施例的扩散电势二极管的方块示意图。

图3为本发明第三实施例的扩散电势二极管的方块示意图。

图4为本发明第四实施例的扩散电势二极管的电路示意图。

图5为本发明第五实施例的扩散电势二极管的电路示意图。

附图标记说明

10 扩散电势二极管

20 第一扩散电势二极管

30 第二扩散电势二极管

40 扩散电势二极管组

40A 第一扩散电势二极管

40B 第二扩散电势二极管

50 扩散电势二极管组

60 第一电池

70 第二电池

80 外端电路

100 第一电池组

200 第二电池组

300 第三电池组

400 第四电池组。

具体实施方式

如图1所示，为本发明第一实施例的扩散电势二极管的方块示意图。图1包含a与b。自图1中(a)可知，扩散电势二极管10的组成为n⁺-n半导体，其n⁺-n半导体是由n⁺半导体与n半导体所组成，n⁺区或称n⁺半导体，其n⁺半导体的接点为阳极端A(Anode, A)，n区或称n半导体，其n半导体接点为阴极端K(Cathode, K)，扩散电势二极管10呈现阳极端A与阴极端K两端接点特征。图1中(b)为图1中(a)的封装形态。于另一实施例中，前述n⁺-n半导体可由p⁺-p半导体取代，以形成n⁺-n半导体制成的扩散电势二极管，p⁺半导体的接点为阳极端A，p半导体的接点为阴极端K。

如图2所示，为本发明第二实施例的扩散电势二极管的方块示意图。图2包含（a）与（b）。自图2中（a）可知，为由二个n⁺-n半导体串联连接所组成，第一个为第一扩散电势二极管20，第二个为第二扩散电势二极管30，将第一扩散电势二极管20的阴极端K1与第二扩散电势二极管30的阴极端K2连接在一起，制成扩散电势二极管，其第一扩散电势二极管20的阳极端A1(或称第一阳极端)连接外端电路，第二扩散电势二极管30的阳极端A2(或称第二阳极端)亦连接外端电路，第一扩散电势二极管20与第二扩散电势二极管30系为串联连接。如图2中（a）所示，其图2中（b）为图2中（a）的封装示意图，其中扩散电势二极管组40包含第一扩散电势二极管20与第二扩散电势二极管30。于另一实施例中，也可以用两个p⁺-p半导体制成扩散电势二极管，将一个p⁺半导体的接点为第一阳极端A1连接外端电路，p半导体的接点为阴极端K1与另一p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管的阴极端K2连接在一起，另一p⁺-p半导体的p⁺半导体的接点为第二阳极端A2亦连接外端电路。

如图3所示，为本发明第三实施例的扩散电势二极管的方块示意图。图3包含（a）与（b）。自图3中（a）可知，为由二个n⁺-n半导体串联连接所组成，第一个为第一扩散电势二极管20，第二个为第二扩散电势二极管30，将第一扩散电势二极管20的阳极端A1与第二扩散电势二极管30的阳极端A2连接在一起，制成扩散电势二极管，其第一扩散电势二极管20的阴极端K1或称第一阴极端K1连接外端电路，第二扩散电势二极管30的阴极端K2或称第二阴极端K2亦连接外端电路，第一扩散电势二极管20与第二扩散电势二极管30为串联连接。如图3中（a）所示，其图3中（b）为图3中（a）的的封装示意图，其中扩散电势二极管组50包含第一扩散电势二极管20与第二扩散电势二极管30。于另一实施例中，也可以用两个p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管，将一个p半导体的接点为第一阴极端K1连接外端电路，p⁺半导体的接点为阳极端A1与另一p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管的阳极端A2连接在一起，另一p⁺-p半导体的p半导体的接点为第二阴极端K2亦连接外端电路。

如图 4 所示，为本发明第四实施例的扩散电势二极管的电路示意图。自图4中可知，有二个扩散电势二极管，即第一扩散电势二极管20与第二扩散电势二极管30。另有二个电池，分别为第一电池60与第二电池70、外端电路80、外端电路80可以电性连接充电装置(Charge Device, CD)或负载(Load, LD)。

第一扩散电势二极管20的阳极端A1电性连接第一电池60的正电端，第一扩散电势二极管20的阴极端K1电性连接外端电路80的正电端，第一电池60的负电端电性连接外端电路80的负电端；第二扩散电势二极管30的阳极端A2电性连接第二电池70的正电端，第二扩散电势二极管30的阴极端K2电性连接外端电路80的正电端，第二电池70的负电端电性连接外端电路80的负电端；第一扩散电势二极管20电性连接第一电池60成为第一电池组100，第二扩散电势二极管30电性连接第二电池70成为第二电池组200；第一电池组100、第二电池组200及外部电路80三个装置组成并联电性电路。

如图 4 所示，当外部电路80无电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时: 如果第一电池60的电位等于第二电池70的电位，则第一电池组100及第二电池组200之间无环流产生。

如图 4 所示，当外部电路80无电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时: 如果第一电池60的电位大于第二电池70的电位，则第一电池60的电位必须大于第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n的电位及第二电池70的电位，否则第一电池组100及第二电池之间无环流产生，也就是多了第二扩散电势二极管30的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，才使第一电池组100及第二电池组200之间无环流产生，若第二电池组200的第二扩散电势二极管30一个不够，需要多少个串联才够，则视其需求而定，而不予自限。

如图 4 所示，当外部电路80无电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时: 如果第二电池70的电位大于第一电池60的电位，则第二电池70的电位必须大于第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n的电位及第一电池60的电位，否则第二电池组200及第一电池组100之间无环流产生，也就是多了第一扩散电势二极管20的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，才使第二电池组200及第一电池组100之间无环流产生，若第一电池组100的第一扩散电势二极管20一个不够，需要多少个串联才够，则视其需求而定，而不予自限。

如图 4 所示，当外部电路80无电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时，亦就是闲置时，如果第一电池组100及第二电池组200的扩散电势二极管，有足够的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，则第一电池组100及第二电池组200之间无环流产生；第一电池组100及第二电池组200在并联连接时，其不论在以下所述的充电状况或供电负载状况，其扩散电势二极管的扩散电势Ⅴn⁺n值都存在，因此第一电池组100及第二电池组200之间无环流产生；通常电池随其材料、工艺及温度变化等因素，其在多个电池并联连接闲置时，电池相互之间会有环流损耗，而致使各电池能量耗尽，因此只要有足够的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，各电池相互之间无环流损耗。

如图 4 所示，当外部电路80为负载LD，电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时：第一电池组100的第一扩散电势二极管20为导通，无扩散电势Vn⁺n的电位存在，及第二电池组200的第二扩散电势二极管30为导通，无扩散电势Ⅴn⁺n的电位存在，使第一电池组100及第二电池组200能够高效率供电于负载。

如图 4 所示，当外部电路80为充电装置CD，电性连接第一电池组100及第二电池组200所组成的并联电路时：其充电装置CD的电位必须大于第一电池组100的第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n值与第一电池60的电位，及第二电池组200的第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n值与第二电池70电位，才能进入充电功能；通常在扩散电势Ⅴn⁺n值不高的情况下，充电装置CD不需提高充电电位，给于第一电池60及第二电池70的充电饱和空间加大是件好事，同时亦能完成第一电池组100及第二电池组200的充电功能；若第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n值及第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n值刻意加大，则其充电装置CD的电位则必须提高到减除第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n值及第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n值电位，第一电池60及第二电池70才能达到充电饱和状态。

在图4所述的第一扩散电势二极管20及第二扩散电势二极管30可以用两个p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管替代，其动作原理及功能皆与n⁺-n半导体制成的扩散电势二极管相同，而不赘述。

图 5 所示，为本发明第五实施例的扩散电势二极管的电路示意图。自图5中可知，有二个扩散电势二极管，即第一扩散电势二极管40A与第二扩散电势二极管40B，其第一扩散电势二极管40A与第二扩散电势二极管40B可一并参考图2及其说明，皆为由两个扩散电势二极管串联连接所组成，其两端特征表示为A1、A2两端；有两个电池，即第一电池60与第二电池70；有一个外端电路80；外端电路80可以电性连接充电装置(Charge Device, CD)或负载(Load, LD)；第一扩散电势二极管40A的第一阳极A1电性连接第一电池60的正电端，第一扩散电势二极管40A的第二阳极A2电性连接外端电路80的正电端，第一电池60的负电端电性连接外端电路80的负电端；第二扩散电势二极管40B的第一阳极A1电性连接第二电池70的正电端，第二扩散电势二极管40B的第二阳极A2电性连接外端电路80的正电端，第二电池70的负电端电性连接外端电路80的负电端；第一扩散电势二极管40A电性连接第一电池60成为第三电池组300，第二扩散电势二极管40B电性连接第二电池70成为第四电池组400，第三电池组300、第四电池组400及外部电路80三个装置组成并联电性电路。

如图 5 所示，当外部电路80无电性连接第三电池组300及第四电池组400所组成的并联电路时：如果第一电池60的电位等于第二电池70的电位，则第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生。

如图 5 所示，当外部电路80无电性连接第三电池组300及第四电池组400所组成的并联电路时：如果第一电池60的电位大于第二电池70的电位，则第三电池组300的第一电池60的电位必须大于如图2所示的第一扩散电势二极管40A内的第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n的电位、如图2所示的第二扩散电势二极管40B内的第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n的电位及第四电池组400的第二电池70的电位，否则第二电池组300及第四电池组400之间无环流产生，也就是多了两个扩散电势二极管的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，才使第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生，若第三电池组300及第四电池组400的扩散电势二极管的Vn⁺n各一个不够，需要多少个串联才够，则视其需求而定，而不予自限。

如图 5 所示，当外部电路80无电性连接第三电池组300及第四电池组400所组成的并联电路时: 如果第二电池70的电位大于第一电池60的电位，则第四电池组400的第二电池70的电位必须大于如图2所示的第二扩散电势二极管40B内的第二扩散电势二极管30的扩散电势Vn⁺n的电位、如图2所示的第一扩散电势二极管40A内的第一扩散电势二极管20的扩散电势Vn⁺n的电位及第三电池组300的第一电池60的电位，否则第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生，也就是多了两个扩散电势二极管的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，才使第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生，若第一电池组300及第二电池组400的扩散电势二极管的Vn⁺n值各一个不够，需要多少个串联才够，则视其需求而定，而不予自限。

如图 5 所示，当外部电路80无电性连接第三电池组300及第四电池组400所组成的并联电路时，亦就是闲置时: 如果第三电池组300及第四电池组400的扩散电势二极管，有足够的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，则第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生；第三电池组300及第四电池组400在并联连接时，其不论在以下所述的充电状况或供电负载状况，其扩散电势二极管的扩散电势Ⅴn⁺n值都存在，因此第三电池组300及第四电池组400之间无环流产生；通常电池随其材料、工艺及温度变化等因素，其在多个电池并联连接闲置时，电池相互之间会有环流损耗，而致使各电池能量耗尽，因此只要有足够的扩散电势Ⅴn⁺n的阻隔，各电池相互之间无环流损耗。

如图 5 所示，当外部电路80为负载LD，电性连接第三电池组300及第四电池组400的并联电路时:第三电池组300的第一扩散电势二极管40A内如图2所示的第一扩散电势二极管20为导通，无扩散电势Vn⁺n的电位存在，但其第一扩散电势二极管40A内如图2所示的第二扩散电势二极管30则有扩散电势Vn⁺n的电位存在，及第四电池组400的第二扩散电势二极管40B内如图2所示的第一扩散电势二极管20为导通，无扩散电势Vn⁺n的电位存在，但其第二扩散电势二极管40B内如图2所示的第二扩散电势二极管30则有扩散电势Vn⁺n的电位存在；因此第三电池组300及第四电池组400内的扩散电势二极管的选用则依需求而定，而不予自限。

如图 5 所示，当外部电路80为充电装置CD，电性连接第三电池组300及第四电池组400的并联电路时: 其充电装置CD的电位必须大于第三电池组300的第一扩散电势二极管40A内如图2所示的第一扩散电势二极管20有扩散电势Vn⁺n的电位及第一电池60的电位，而其第一扩散电势二极管40A内如图2所示的第二扩散电势二极管30则为导通，及第四电池组400的第二扩散电势二极管40B内如图2所示的第一扩散电势二极管20有扩散电势Vn⁺n的电位及第二电池70，而其第二扩散电势二极管40B内如图2所示的第二扩散电势二极管30则为导通；因此第三电池组300及第四电池组400内的扩散电势二极管的选用则依需求而定，而不予自限。

在图5中所述的第一扩散电势二极管40A及第二扩散电势二极管40B可以用两个p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管替代第一扩散电势二极管40A，及用两个p⁺-p半导体制成的扩散电势二极管替代第二扩散电势二极管40B，其动作原理与功能皆与n⁺-n半导体制成的第一扩散电势二极管40A及第二扩散电势二极管40B相同，而不赘述。

图5说明的目的为证明本发明能据以实施及具产业的利用性、新颖性与进步性。

本发明应用n⁺-n半导体或p⁺-p半导体组成的扩散电势二极管，可得顺向电压降为0.2伏特以下,而且可以通过大电流,此扩散电势二极管的特征足以消除p-n接合二极管及萧特基二极管的顺向电压降最低约为0.2伏特的缺点。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员，在本发明基础上所作的等同替代或变换，皆在本发明的保护范围内。本发明的保护范围以权利要求书为准。