Полупроводниковый выпрямитель

(51) Н 011 25/0329 Н 4 НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНтР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОИ СОБСТВЕННОСТИреспубликанское унитарное предприятие БЕЛМИКРОСИСТЕМЫ(72) Авторы Белоус Анатолий Иванович Залесский Валерий Борисович Емельянов Антон Викторович (ВУ)Полупроводниковый выпрямитель, содержащий полупроводниковую подложку одного типа проводимости, в которой сформированы, по меньшей мере, четыре локальные области противоположного подложке типа проводимости и, по меньшей мере, одна область того же типа проводимости, что и подложка, и систему электродов, образующих омические контакты к этим областям, отличающийся тем, что, по меньшей мере, два металлических электрода к локальным областям противоположного подложке типа проводимости частично расположены на сформированном между локальными областями диэлектрическом слое таким образом, что распространяются до границ смежных локальных областей противоположного подложке типа проводимости, электроды к которым соединены вместе, а область того же типа проводимости, что и подложка, с электродом, образующим омический контакт к ней, расположены между областями противоположного подложке типа проводимости.Изобретение относится К области электронной техники, а более конкретно - К устройствам электротехники (силовой электроники) И может быть использовано при вь 1 прямлении переменного тока в электротехнической аппаратуре бытового и промышленного назначения, особенно малогабаритной.Известен полупроводниковый выпрямитель 1, представляющий собой 4 дискретных полупроводниковых диодных выпрямительных элемента, соединенных в мостовую схему попарно анодами и катодами таким образом, что при подаче переменного напряжения на области сопряжения анод - катод диодов с областей анодов снимается постоянное положительное, а с областей катодов - постоянное отрицательное напряжение.Основным недостатком такой конструкции является значительная сложность при изготовлении в виде единой микросхемы. Поэтому такие преобразователи изготавливаются в виде гибридной сборки с одним или двумя диодами на кристалле.Известен полупроводниковый выпрямительный модуль 2, включающий диодные выпрямительные элементы, каждый из которых по боковой поверхности окружен слоем полупроводникового материала первого типа проводимости (боковой слой), причем от материала второго типа проводимости вышеуказанный слой первого типа проводимости отделен замкнутой разделительной канавкой, пересекающей базовый р-п переход. Канавка выполнена со стороны, противолежащей плоскости основания. Диодные элементы могут монтироваться в виде отдельных элементов, в виде двух монокристаллических блоков для анодной и катодной групп, изолированных воздушными промежутками или в виде интегральной схемы. В последнем случае анодная и катодная группы выполнены в одном кристалле с общим боковым слоем р-типа, причем кристалл выполнен с двумя продольными разделительными канавками, наружные части которых расположены на границе общего бокового слоя р-типа и исходного материала. Кроме того, боковой слой р-типа может быть выполнен с Центральным изолирующим слоем п-типа, а кристалл выполнен с верхней и нижней продольными разделительными канавками, дно которых расположено в центральном изолирующем слое п-типа.Недостатком такой конструкции является высокая сложность изготовления и низкая надежность такой интегральной схемы, что обусловлено качеством изоляции элементов друг от друга.Наиболее близким техническим решением к заявляемому является полупроводниковый выпрямитель, управляемый по затвору 3, состоящий из полупроводниковой подложки первого типа проводимости, расположенного на нем слоя второго, противоположного типа проводимости, в котором на нем слоя второго, противоположного типа проводимости, в котором сформированы, по меньшей мере, две локальные области первого типа проводимости, между которыми расположены области второго типа проводимости и системы электродов, первый из которых расположен на обратной стороне пластины и образует омический контакт к подложке первого типа проводимости, второй расположен на планарной поверхности и образует омический контакт к локальным областям первого типа проводимости и одного или двух полевых электродов, расположенных на диэлектрическом слое, сформированном над локальными областями первого типа проводимости и частично перекрывающего их и слоем второго типа проводимости.Основным недостатком данной конструкции является необходимость подачи на полевые электроды низковольтного управляющего напряжения, что требует дополнительного источника питания.Техническая задача изобретения - создание полупроводникового выпрямителя переменного тока в едином полупроводниковом кристалле, отличающемся простотой изготовления и не требующем дополнительного источника питания для управления по затвору.Поставленная техническая задача решается тем, что полупроводниковый вь 1 прямитель, содержащий полупроводниковую подложку одного типа проводимости, в которой сформированы, по меньшей мере, четыре локальные области противоположного подложкетипа проводимости И, по меньщей мере, одна область того же типа проводимости, что и подложка, и систему электродов, образующих омические Контакты к этим областям, по меньшей мере, два металлических электрода к локальным областям противоположного подложке типа проводимости частично расположены на сформированном между локальными областями диэлектрическом слое таким образом, что распространяются до границ смежных локальных областей противоположного подложке типа проводимости, электродь 1 к которым соединены вместе, а область того же типа проводимости, что и подложка, с электродом, образующим омический контакт к ней, расположены между областями противоположного подложке типа проводимости.Совокупность указанных признаков обеспечивает упрощение конструкции вь 1 прямителя и его работу без дополнительных источников напряжения.Сущность изобретения поясняется чертежом (поперечный разрез полупроводникового выпрямителя).Полупроводниковый выпрямитель содержит 1 - полупроводниковая подложка 2, 2 локальные области противоположного подложке типа проводимости 3 - диэлектрический слой 4 - первый металлический электрод 5 - второй металлический электрод 6 - третий металлический электрод 7 - четвертый металлический электрод 8 - локальная область первого типа проводимости 9 - инверсионный слой.В полупроводниковой подложке одного типа проводимости 1 сформированы, по меньщей мере, четыре локальные области второго, противоположного подложке, типа проводимости 2, 2 и, по меньщей мере, одна область того же типа проводимости, что и подложка 8. Область 8 выполняется таким образом, чтобы максимально уменьщить коэффициент передачи паразитного транзистора между соседними областями 2 и приповерхностной областью подложки.На поверхности подложки, вне локальных областей, расположен диэлектрический слой 3, выполняющий роль подзатворного диэлектрика.На поверхности локальных областей сформирована система из четырех металлических электродов. При этом электроды 4, 5 образуют омический контакт с областями 2,разделенными областью 8, и расположены как на локальных областях 2, так и на слое диэлектрика 3 между областями 2 и 2 до границ смежных областей. Металлический электрод 6 образует омический контакт с областями 2 и объединяет их вместе. Металлический электрод 7 расположен на области 8 того же типа проводимости, что и подложка и образует с ним омический контакт.Устройство работает следующим образомДля определенности положим, что подложка имеет проводимость р-типа, а локальные области- п- типа. На электроды 4, 5, контактирующие с областями 2, подается переменное напряжение. При приложении отрицательной полуволны, т.е. минус к области 2 п-р переход смещается в прямом направлении и через полупроводниковый выпрямитель течет ток по цепи п-область - р-подложка - рлокальная область - металлический электрод 7. При поступлении на электроды 4, 5 положительной полуволны, т.е. плюс к области 2, р-п переход смещается в обратном направлении и его сопротивление чрезвычайно высоко. В соответствии с изобретением в этом случае напряжение прикладывается как к локальной области 2, так и к МОП - структуре, сформированной за счет конфигурации металлических электродов 4, 5, простирающихся по поверхности диэлектрического слоя 3 до границ п-р переходов 2. Под полевой частью электродов 4, 5 формируется инверсионный слой птипа проводимости, соединяющий соседние области 2 и 2. Таким образом, при положительной полуволне подаваемого смещения ток течет по цепи п-область 2 - инверсионный слой п-область 2 - металлический электрод 6. В связи с тем, что при формировании инверсионного слоя потенциалы на металлическом электроде и в инверсионном слое вь 1 равниваются, электрический пробой подзатворного диэлектрика 3 не произойдет даже при больщих амплитудах положительного напряжения.Таким образом, при подаче на электроды 4, 5 полупроводникового выпрямителя переменного синусоидального напряжения на металлическом электроде 6 будет только положительнь 1 й потенциал, а на металлическом электроде 7 - только отрицательный.На поверхности кремниевой пластины р-типа проводимости методом термического окисления формируется защитный диэлектрический слой оксида кремния толщиной 0,250,3 мкм, в котором методами оптической фотолитографии вскрываются области для формирования р-областей. Методом диффузии или ионной имплантации бора производится легирование этих областей. Затем для защиты сформированных р-областей производится повторное формирование 51 С 2 пленки толщиной -0,250,3 мкм и фотолитография под локальные области п-типа проводимости. Методами диффузии или ионной имплантации производится легирование локальных областей фосфором на глубину 24 мкм. Затем методом фотолитографии вскрываются окна под подзатворный диэлектрик, располагающийся между областями 2-2, и производится термическое выращивание 51 С 2 толщиной 0,10,2 мкм. Методами вакуумного напыления производится осаждение металлической пленки (например, алюминия и никеля) и с помощью фотолитографии формируется топологический рисунок электродов.Таким образом, данное техническое рещение обеспечивает возможность создания вь 1 прямительного элемента, преобразующего переменное напряжение в постоянное, в виде единой микросхемы, которая отличается существенной, по сравнению с прототипом, простотой изготовления, не требует дополнительных источников питания для управления по затвору и, кроме того, обеспечивает упрощение сборки, миниатюризацию изделия и его удешевление за счет массовости изготовления микросхем на единой пластине и простоты технологического цикла.Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.