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基本信息
- 項目名稱：
- 高壓大電流半導(dǎo)體集成放電管
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 通訊設(shè)備等整機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常會被意外的雷電及瞬時浪涌破壞，本作品從對稱擴(kuò)散、終端造型，擴(kuò)散匹配和原胞結(jié)構(gòu)、短路點結(jié)構(gòu)及分布等三個方面進(jìn)行研究，建立了一種新的高壓大電流半導(dǎo)體放電器件最高保護(hù)電壓達(dá)到700V，保護(hù)放電電流為1500A，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，很好地代替了過去用于程控交換機(jī)等通訊設(shè)備安全系統(tǒng)的氣體放電管、陶瓷放電管等有很多致命性缺點的器件，更好的提高了通訊系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
- 詳細(xì)介紹：
- 1. 半導(dǎo)體放電管的背景與其科學(xué)價值 隨著社會的不斷發(fā)展，通信技術(shù)成為人們生活生產(chǎn)中不可或缺的一部分。然而， 在通訊設(shè)備等整機(jī)系統(tǒng)中經(jīng)常會遇到意外的雷電及瞬時浪涌，導(dǎo)致系統(tǒng)被燒毀破壞。因此，預(yù)防雷電，保護(hù)整機(jī)系統(tǒng)使之免遭瞬時浪涌電壓、電流引起的損壞，采用可靠、穩(wěn)定的保護(hù)系統(tǒng)是必不可少的。過去用于程控交換機(jī)、電話機(jī)、傳真機(jī)、配線架等通訊設(shè)備安全系統(tǒng)的主要是氣體放電管、陶瓷放電管等器件。而這些抗浪涌器件存在 “開路失效”等致命弱點，使得在遭到連續(xù)沖擊時失去保護(hù)作用，因此迫切需要替代產(chǎn)品。 半導(dǎo)體放電管也叫固態(tài)放電管，是一種過壓保護(hù)器件，是利用晶閘管原理制成的，依靠PN結(jié)的擊穿電流觸發(fā)泄放浪涌電流。用于通訊交換設(shè)備中的程控交換機(jī)、通訊發(fā)射設(shè)備等一切需要防雷保護(hù)的領(lǐng)域，以保護(hù)其內(nèi)部的IC免受瞬間過電壓的沖擊和破壞。而且半導(dǎo)體放電管是短路失效模式，能更安全、穩(wěn)定的運行，避免因雷電引起的不必要的人員傷亡和設(shè)備損壞。 在當(dāng)今世界微電子及通訊設(shè)備高速發(fā)展的今天，具有很高的啟動保護(hù)電壓和極高標(biāo)稱放電電流的半導(dǎo)體放電管已成為世界通訊設(shè)備的首選保護(hù)器件。 2.半導(dǎo)體放電管的原理與實現(xiàn) 高壓大電流固態(tài)放電管是采用NPNPN多原胞結(jié)構(gòu),是二端對稱雙向晶閘管結(jié)構(gòu)的器件,其等效電路由兩個晶閘管反向并聯(lián)而成。當(dāng)外來電壓浪涌出現(xiàn)時, 不論其極性如何, 必有一組器件阻斷, 另一組導(dǎo)通, 將干擾電壓或者浪涌泄放掉。 圍繞高壓和大電流兩大參數(shù)，本作品從對稱擴(kuò)散、終端造型，擴(kuò)散匹配和原胞結(jié)構(gòu)、短路點結(jié)構(gòu)及分布等三個方面進(jìn)行研究，研制了一種新的高壓大電流放電器件，最高保護(hù)電壓達(dá)到700V，保護(hù)放電電流為1500A，達(dá)到了先進(jìn)水平。 3.半導(dǎo)體放電管的技術(shù)指標(biāo) 本產(chǎn)品的主要目標(biāo)是研究一種高壓、大電流半導(dǎo)體放電管，并可進(jìn)行批量生產(chǎn)，配套通訊設(shè)備等整機(jī)系統(tǒng)中，預(yù)防雷電，保護(hù)整機(jī)系統(tǒng)免遭瞬時浪涌電壓、電流引起的損壞。該半導(dǎo)體放電管器件的技術(shù)指標(biāo)如下： （1）啟動保護(hù)電壓達(dá)到700V （2）標(biāo)稱放電電流達(dá)到1.5KA （3）絕緣電阻≥100 MΩ （4）漏電流＜1μA 4.半導(dǎo)體放電管的技術(shù)特點和優(yōu)勢 1.高電壓：現(xiàn)代通訊、網(wǎng)絡(luò)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越多，其傳輸功率密度越來越大，同樣功率密度，高電壓意味著電流小，所需材料少，因此，高電壓SPD（電涌保護(hù)）是重要的發(fā)展方向。半導(dǎo)體放電管最高保護(hù)電壓達(dá)到700V，對晶格完整性、擴(kuò)散結(jié)面均勻性、平坦性和雙面對稱性等都需要創(chuàng)新性的研究和分析。 2.大電流：極大的放電電流采用過去常規(guī)的結(jié)構(gòu)已不能實現(xiàn)，需要建立新的模型及結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超大注入和強(qiáng)等離子區(qū)擴(kuò)散方能實現(xiàn)。因此，本作品實現(xiàn)1.5kA的放電電流，不僅是參數(shù)的提升，同時也是大電流等離子區(qū)擴(kuò)散理論的創(chuàng)新。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 1.本作品的設(shè)計、發(fā)明目的 通訊設(shè)備等整機(jī)系統(tǒng)中常會遇到意外的雷電及瞬時浪涌，從而導(dǎo)致整機(jī)和系統(tǒng)中的電路及系統(tǒng)被燒毀破壞，因此，采用可靠、穩(wěn)定的保護(hù)系統(tǒng)是必不可少的。過去用于通訊設(shè)備安全系統(tǒng)的主要是氣體放電管、陶瓷放電管等器件。而這些抗浪涌器件存 “開路失效”等致命弱點，而本作品的高壓大電流半導(dǎo)體集成放電管是一種新型的固體放電管，以其最大啟動電源達(dá)到700V,最大瞬間放電電流達(dá)到1.5kA,達(dá)到先進(jìn)水平。 2.本作品的基本思路和技術(shù)關(guān)鍵 高壓大電流固態(tài)放電管是采用NPNPN多原胞結(jié)構(gòu),是二端對稱雙向晶閘管結(jié)構(gòu)的器件,其等效電路由兩組器件并聯(lián)而成，每組器件由兩個NPN三極管所組成。當(dāng)外它來電壓浪涌出現(xiàn)時, 不論其極性如何, 必有一組器件阻斷, 另一組導(dǎo)通, 將干擾電壓或者浪涌泄放掉。 關(guān)鍵的技術(shù)之一是高壓啟動及啟動電壓一致性問題，包括終端技術(shù)和玻璃鈍化技術(shù)，其次是承受大電流1.5KA雷電沖擊的硅元胞設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計。 3.創(chuàng)新點 （1）將半導(dǎo)體NPNPN五層結(jié)構(gòu)尺寸合理匹配，合理選擇硅片厚度，合理選擇B擴(kuò)散結(jié)深，使其最高電源電壓達(dá)到700V,瞬間電流達(dá)到1.5KA； （2）原胞和陰極短路點結(jié)構(gòu)集成結(jié)構(gòu)，提高浪涌電壓； （3）應(yīng)用超大注入和強(qiáng)等離子區(qū)擴(kuò)散技術(shù)提高浪涌電流。 4.技術(shù)指標(biāo) （1）啟動保護(hù)電壓達(dá)到700V （2）標(biāo)稱放電電流達(dá)到1.5KA （3）絕緣電阻≥100 MΩ （4）漏電流＜1μA
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 高壓大電流固態(tài)放電管是采用NPNPN多原胞結(jié)構(gòu)，高壓和大電流相互影響，是使器件性能惡化的關(guān)鍵參數(shù)。由于器件的本身發(fā)熱功率為導(dǎo)通電壓和放電電流的乘積，要實現(xiàn)高壓，器件厚度必然增加，導(dǎo)通電壓必然增加，在放電時，在超大電涌電流的作用下常因為自身的發(fā)熱而損壞。針對這個矛盾，圍繞高壓和大電流兩大參數(shù)，本作品從對稱擴(kuò)散、終端造型，擴(kuò)散匹配和原胞結(jié)構(gòu)、短路點結(jié)構(gòu)及分布等三個方面進(jìn)行研究，建立了一種新的高壓大電流放電器件最高保護(hù)電壓達(dá)到700V，保護(hù)放電電流為1500A，達(dá)到了國際先進(jìn)水平，具有很高的科學(xué)性和先進(jìn)性。 主要從以下幾個關(guān)鍵點進(jìn)行研究： （1）雙面深硼擴(kuò)散對稱工藝研究及終端技術(shù)研究，使保護(hù)啟動電壓能夠達(dá)到700V、啟動電壓一致 （2）雙面磷擴(kuò)散及硼磷擴(kuò)散匹配研究，形成對稱的NPNPN自觸發(fā)可控硅結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)負(fù)阻型保護(hù)，使響應(yīng)時間＜1ns （3）多原胞結(jié)構(gòu)研究、短路點結(jié)構(gòu)及分布研究、大電流等離子區(qū)擴(kuò)散研究，使放電電流達(dá)到1.5KA
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 1.使用說明 本作品是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的升級換代，用高壓大電流半導(dǎo)體放電管替代過去可靠性差的氧化鋅壓敏電阻和氣體放電管，使我們的通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定可靠。用于半導(dǎo)體放電管在配線架保安單元中的應(yīng)用電路、通信線路，防止浪涌、電話機(jī)防止雷擊、無線電接收機(jī)等方面。 2.技術(shù)特點和優(yōu)勢 （1）高電壓:現(xiàn)代通訊、網(wǎng)絡(luò)需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越多，其傳輸功率密度越來越大，同樣功率密度，高電壓意味著電流小，所需材料少，因此，高電壓電涌保護(hù)是重要的發(fā)展方向。 （2）大電流：建立新的模型及結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)超大注入和強(qiáng)等離子區(qū)擴(kuò)散方能實現(xiàn)，實現(xiàn)1500A的放電電流，不僅是參數(shù)的提升，同時也是大電流等離子區(qū)擴(kuò)散理論的創(chuàng)新。 3.推廣前景、市場分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測 在信息時代的當(dāng)今社會，通訊設(shè)備等整機(jī)系統(tǒng)無處不在。在這樣一個大背景下，作為保護(hù)器件的半導(dǎo)體集成放電管的市場應(yīng)用非常廣泛。并且本作品研制的高壓大電流固態(tài)放電管具有升級換代性的優(yōu)勢，通過工藝優(yōu)化，極易推廣價值，在未來幾年，其產(chǎn)品市場規(guī)?？捎^。
同類課題研究水平概述
- 目前大部分廠家采用真空氣體放電管，少數(shù)廠家采用TVS代替真空氣體放電管。由于固態(tài)放電管的優(yōu)越性，通訊設(shè)備防雷抗浪涌的設(shè)備將逐步由氣體放電管、TVS二極管逐步過渡到以固態(tài)放電管為主。固態(tài)放電管將成為國內(nèi)外防雷抗浪涌的首選器件。雖然有部分廠家開始采用固態(tài)放電管，但是由于現(xiàn)有固態(tài)放電管并未充分體現(xiàn)其優(yōu)越性?，F(xiàn)有的固態(tài)放電管的所能承受的最大擊穿電壓和最大瞬間電流都不高。這就意味著現(xiàn)有的固態(tài)放電管的系統(tǒng)保護(hù)和抗電涌功能是有限的，特別是在遇到高電壓時的應(yīng)用領(lǐng)域，目前還是空白。 由于半導(dǎo)體放電管是雙面器件，硅片厚度由限制電壓和放電電流（決定擴(kuò)散結(jié)深、長短基區(qū)寬度）決定，根據(jù)本作品保護(hù)參數(shù)要求，其硅片厚度小于300um。同時擴(kuò)散結(jié)深超過30um，必須采用1250℃高溫長時間擴(kuò)散。綜合這兩個因素，只能選用3-4英寸硅片，有很高的試驗條件要求。 另一方面，國內(nèi)更多的是關(guān)注集成電路的設(shè)計，對半導(dǎo)體放電管內(nèi)高壓大電流器件研究很少，我國在此類器件方面缺少經(jīng)驗，一定程度上阻礙了高壓大電流固態(tài)放電管的開發(fā)、應(yīng)用。而實際生產(chǎn)生活的廣泛需求，目前使用的低抗涌固態(tài)放電管必將走向高抗涌（高電壓、大電流）的方向。這是由于現(xiàn)實設(shè)備中不斷產(chǎn)生的巨大的電壓瞬變和浪涌電流決定的。特別是在信息化不斷加深的今天，實際生活中，經(jīng)常會遭遇十分巨大的浪涌電壓、電流,所以如何保護(hù)日益增多的通訊設(shè)備的整機(jī)系統(tǒng)是一個不得不解決的問題。雖然現(xiàn)在高壓大電流固態(tài)放電管的研發(fā)在國內(nèi)只是起步階段，但是固態(tài)放電管的高電壓、大電流趨勢是不會改變的。充分說明了本作品具有很好的先進(jìn)性和科學(xué)性。
