公布一个制造稳压二极管的技术诀窍
硅稳压二极管中,有一个《齐纳稳压二极管》,英文名称Zener diode。利用pn结反向击穿状态,其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象,制成的起稳压作用的二极管。其反向击穿电压大约是6V左右。
稳压管可以简化稳压电路,应用范围很广。对稳压管的要求就是输出电压稳定,特别是在高端要求的场合,比如卫星的电压基准,七位以上数字电压表,可控热核反应的托克马克装置的恒流源等等,都要求精度很高的稳压管。影响稳压管输出电压稳定的因素有两个,一个是稳压管的温度系数,就是稳压管的输出电压和温度变化的关系,温度变化1℃所引起管子两端电压的相对变化量即是温度系数(单位:﹪/℃)。一般说来稳压值低于6V属于齐纳击穿,温度系数是负的;高于6V的属雪崩击穿,温度系数是正的。我在上个世纪80年代听说国家急需高精度稳压管,虽然是个小器件,也要先研究它的内在规律,在前人的基础上再进一步。曾经仔细调整击穿电压,不太困难的就得到过温度系数很低的稳压管,(还有一个办法是在使用中把温度系数相反的两个稳压管串联使用,不再赘述)。另外一个因素就是稳压管的噪声电压,即稳压管的实时瞬间电压的起伏,它与二极管的表面状态密切相关,在通常的半导体工艺中,最后的表面都是二氧化硅,其中又常常被环境中的钠离子污染,而钠离子在二氧化硅中又不太稳定,状态常常有起伏,静电感应的结果使击穿电压也就起伏,数量级大约几百微伏。为了减少这种噪声,一般是设法1)减少钠离子污染(追求超洁净环境) 2)固定钠离子在二氧化硅中的状态 3)以氮化硅或者氧化铝代替二氧化硅覆盖表面。还有一个因素与少数载流子的传输状态也有关系,如晶格缺欠和载流子质量等等。
上述降低表面影响的办法都是治标,治本的办法是把PN结掩埋起来,远离表面,噪声电压自然就小了。制造方法是巧妙的控制硅表面的硼磷的含量分布(见示意图),这在工艺上很容易实现。发现这种埋层二极管结构的稳压管,工艺简单,降低了对环境的超净要求,普通半导体工厂即可,抗过载电流增加(就是不容易烧坏),因而降低动态电阻,成品率却大幅度提高,更明显的是噪声电压大幅度降低,很容易达到10微伏量级。我还考虑少数载流子的传输模型,采取适当措施,生产出高端产品,经当时的中科院物理所等单位测试,噪声电压达到1微伏或者以下(当时的测量极限)。有的单位在静电屏蔽室测量发现:推测可能到0.1微伏,特别是这种低噪声稳压管的“高端产品的挑选率”很高,大大明显优于当时著名国外产品XX605的《挑选率》,打破了对我国的禁运和封锁,用于国家重点工程。
上个世纪80年代后期我离开了半导体行业,对此就无暇关注了。最近偶然发现国内稳压管好像没有采用这个技术,基本上还是低端产品。
现在所在地区疫情严重,我年事已高,希望把这些技术诀窍贡献给稳压管厂家,不仅能够进一步提高成品率和可靠性,而且在低噪声上能够有自己的特点,使产品更具竞争性。希望了解有关工艺细节的厂家请与我联系,也欢迎中介帮助联系。
6park.com
|