标准双极型二极管.ppt

标准双极型二极管,张爱娟,主要内容,1、二极管连接形式的晶体管 2、齐纳二极管 2.1 表面齐纳二极管 2.2 埋层齐纳二极管 3、肖特基二极管,一、二极管连接形式的晶体管,这种二极管结构是将的基极与集电极连在一起而形成的。这种器件称为二极管连接形式的晶体管。注意集电极去偏置的影响，一旦集电极去偏置现象严重的时候，寄生的管就会起作用，二极管就会向衬底泄漏电流。只要集电极去偏置不能使寄生PNP管导通，这种结构的晶体管就不会出现任何流向衬底的电流损失。缺点：反向击穿电压相对较低，这是受到NPN管68V 的 限制所致。,LPNP连接的二极管,这是横向PNP管制作而成的二极管。但是这种器件会存在寄生的PNP管，一旦导通的话，就会有一部分集电极电流流向衬底，导致二极管的阴极电流比阳极电流小，这就限制了LPNP管在要求电流严格匹配环境中的应用。,二、齐纳二极管,图中所示的分别为齐纳二极管、雪崩二极管的反向击穿特性。击穿电压的大小取决于二极管耗尽区的宽度和杂质分布。载流子可利用隧穿效应流过一个非常薄的耗尽区。击穿电压小于6V且主要依靠隧穿效应导电的二极管叫做齐纳二极管。击穿电压超过6V的二极管叫做雪崩二极管，因为它们主要靠雪崩倍增效应而不是隧穿效应导电。依靠隧穿效应导通的二极管的击穿电压具有负温度系数，温度越高，击穿电压越小。,1、表面齐纳二极管,NPN晶体管的发射结可以方便地形成齐纳二极管。它的击穿电压 取决于基区的掺杂浓度和发射区结深。大部分标准双极工艺可提供约为6.8V的发射结。发射结齐纳二极管的版图在本质上与NPN相同。发射区作为齐纳二极管的阴极，基区作为阳极。隔离岛的作用就是将齐纳二极管和周围的隔离区隔离开，所以隔离岛接触应该连接到齐纳二极管的阴极或者与之相等或更高的电位上。如左图所示，发射结齐纳二极管的发射区通常为圆形或者椭圆形。采用圆形是为了防止在发射区拐角处的电场增加。,无隔离发射结齐纳二极管,有些电路将发射结齐纳二极管的阳极（基极）与衬底相连。因为基极与衬底工作在同一电位，所以这两个扩散区可以相互交叠，此举大大节省了面积。但是这样结构很容易受衬底去偏置和噪声耦合的影响。这种齐纳二极管不应该放在注入衬底电流超过几百微安的结构附近。保守的设计者通常避免使用无隔离齐纳二极管，而是采用面积更大的传统发射结齐纳二极管，以避免去偏置和噪声耦合所带来的风险。,2、埋层齐纳二极管,如果雪崩区位于氧化层下几微米的位置，热载流子就会散射出晶格，并在能够氧化层界面之前失去能量。在表面下发生雪崩的齐纳二极管称为次表面齐纳二极管，或者更通俗地称为埋层齐纳二极管。埋层齐纳二极管的击穿电压在其工作寿命期内是一个常数，因此这种器件也可以用作理想的精密基准电压源。,这种结构的二极管是由发射区与被发射区覆盖的塞状P+隔离区构成，其中发射扩散区与周围的隔离岛相交叠。阳极：塞状P+隔离区 阴极：发射区这种结构的二极管的击穿电压通常为56V，温度系数约为1mV/。缺点：它的阳极通常连接到衬底，从而严重限制了它的应用范围，并且增加了衬底去偏置和噪声耦合的可能性。,结构特点：在隔离扩散后和基区扩散前插入深P+扩散。这个深P+扩散区的掺杂浓度远大于基区扩散浓度，但又比发射区浓度小很多。阳极：塞状的P+区构成，并通过周围的基区扩散区形成接触。阴极：发射区通过调整深P+扩散区杂质分布，可使得这种结构的击穿电压适合特定的应用。轻掺杂的扩散区击穿电压更高，而重掺杂扩散区的击穿电压相对较低。实际中，击穿电压的范围是56.5V。,这种结构的二极管利用高能量注入代替标准发射结结构的发射区扩散。在高注入能量下，杂质分布的峰值实际位于硅表面以下。高能注入因此形成了一层很薄的N型掩埋层。插入该层的塞状基区扩散区与N型掩埋层形成了埋层齐纳二极管。通过调整用于制作NBL注入的注入能量和剂量可以设定击穿电压。击穿电压范围为57V。,这种结构的齐纳二极管由扩散进入NBL的塞状隔离区构成。NBL被隔离岛包围，通过发射扩散区实现接触。调整击穿电压：NBL和隔离区掺杂隔离区推结时间外延层厚度,三、肖特基二极管,肖特基二极管是利用导体和半导体之间的整流肖特基势垒形成的。P型和N型硅都可以与多种金属和金属硅化物形成整流肖特基势垒。生成的二极管正向导通电压取决于导体成分和硅的类型。一般用铝来制作肖特基二极管。,金属部分为夹层结构，由铂硅化物、难熔势垒金属和掺铜的铝这3层组成。在铂硅化物和轻掺杂的N型外延之间形成了肖特基势垒。肖特基接触孔上的氧化层比较厚，需要增加一步单独的刻蚀工艺减薄肖特基接触孔上的氧化层。击穿电压小：因为肖特基接触尖锐的边缘使电场大为增加，无保护的肖特基二极管通常在反偏电压只有几伏的时候就会发生雪崩。,与上面一种结构不同的是这个结构增加了一个基区保护环。保护环的存在完全消除了肖特基接触外沿处的横向电场，从而提升击穿电压。,