單晶片超高壓恆流電路的製作方法

2023-04-28 09:27:36

專利名稱：單晶片超高壓恆流電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及集成電路領域，尤其涉及一種基於在同一晶片上製作雙極、CMOS和DMOS器件的單晶片集成超高壓恆流電路。
技術背景在模擬電路中，需要為各种放大器提供穩定的基準電流，作為保證電路穩定工作的基礎，這種基準電流是直流量，它與電源和工藝參數的關係很小，具有恆流特性。這種具有恆流特性的恆流電路，在模擬電路中常常作為偏置電路以及作為放大器的有源負載。圖I是現有的一種基本的恆流電路的電路結構圖。其特徵在於使用集成運放，具有高精度，集成運放的輸出端連接雙極三極體之後做單向直流恆流源，工作時，輸入電壓Vref與恆流端電壓VA相等，輸出電流與VA成比例輸出電流=Vref/浮地電阻。圖I所示恆流電路的缺點在於電路結構複雜；恆流端VA的耐壓值受制於雙極工藝的極限值，耐壓小於100伏。由於工藝離散性和電路結構的因素，需要IS端外接電阻調整恆流值大小，不利於大批量應用於生產自動化。近年來，在高度數位化趨勢下，數字IC技術在工藝按比例縮小後對於電壓的變化、電流容量和保護日益重要，不同的IC需要不同的供應電壓，恆流電路的地位越來越重要。在產量提高的同時，可攜式產品的性能也不斷得到改進，功能不斷增加。可攜式電子產品的升級，必然使其對恆流電路提出更高的要求。

實用新型內容針對現有恆流電路的上述缺陷，申請人經過研究改進，設計提供了一種單晶片超高壓恆流電路，其電路結構簡單，採用單晶片的雙極、CMOS和高壓DMOS混合集成電路技術，在實現恆流的同時達到了超高的耐壓值。本實用新型的技術方案如下本實用新型提供一種單晶片超高壓恆流電路，所述電路包括一隻高壓N型DMOS管、一隻BJT三極體、兩端分別與所述高壓N型DMOS管的柵極和漏極相連接的第一電阻、兩端分別與所述高壓N型DMOS管的源極和BJT三極體的基極相連接的第二電阻、兩端分別與所述高壓N型DMOS管的源極和BJT三極體的發射極相連接的第三電阻，以及陰極與所述BJT三極體的集電極相連接、陽極與所述BJT三極體的發射極相連接的穩壓二極體，所述高壓N型DMOS管的柵極與BJT三極體的集電極相連接。其進一步的技術方案為所述第一電阻為高壓電阻。所述第三電阻為阻值可調的可修正電阻。 所述高壓N型DMOS管採用DMOS工藝製作。所述穩壓二極體採用CMOS工藝製作。所述BJT三極體採用雙極工藝製作。[0014]以及，其進一步的技術方案為所述電路封裝為二端器件，兩個端子分別為高壓N型DMOS管的漏極以及BJT三極體的發射極。或者所述電路封裝為三端器件，三個端子分別為高壓N型DMOS管的漏極、高壓N型DMOS管的源極以及BJT三極體的發射極。本實用新型的 有益技術效果是(一)、本實用新型的電路結構簡單，省略了電壓比較器和內部基準源。僅使用了數個元器件即實現了恆流方案，提高了集成電路的可靠性。(二)、本實用新型採用單晶片的雙極、CMOS和高壓DMOS混合集成電路技術。結構中設計的高壓DMOS管NI實現了恆流端VA耐壓高於350伏特，最高可達700伏特，完全滿足各種市電應用方案。(三)、本實用新型設置了可修正電阻R3，通過計算機測試時生成阻值修正方案，能方便實現恆流值的定製，糾正了工藝離散性帶來的器件恆流值大幅偏移，滿足工業大批量生產的一致性要求。(四)、本實用新型可封裝成三端器件，通過外接電阻並聯於電阻R3，方便實現恆定電流值擴展編程和溫度補償等，滿足用戶特殊的需要。(五)、本實用新型的電路結構具有負溫度特性，能滿足高溫應用時的自動保護。

圖I是現有的恆流電路的電路結構圖。圖2是本實用新型的電路結構圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做進一步說明。如圖2所示，本實用新型的電路包括一隻高壓N型DMOS管NI、一隻BJT三極體Ql、兩端分別與高壓N型DMOS管NI的柵極和漏極相連接的高壓電阻R1、兩端分別與高壓N型DMOS管NI的源極和BJT三極體Ql的基極相連接的電阻R2、兩端分別與高壓N型DMOS管NI的源極和BJT三極體Ql的發射極相連接的可修正電阻R3，以及陰極與BJT三極體Ql的集電極相連接、陽極與BJT三極體Ql的發射極相連接的穩壓二極體D1，高壓N型DMOS管NI的柵極與BJT三極體Ql的集電極相連接。參見圖2，本實用新型的電路原理如下電阻Rl是耐高壓電阻。高壓N型DMOS管NI的耐壓值達到700伏。VA通過高壓電阻Rl為高壓N型DMOS管NI提供了偏置。穩壓二極體Dl在高壓N型DMOS管NI的柵極電壓高於穩壓二極體Dl的擊穿電壓時開始工作，很好地提供了電路加電初始狀態時對高壓N型DMOS管NI柵極的瞬態保護。高壓N型DMOS管NI在電阻Rl的偏置作用下開始進入導通狀態，漏極電流流過電阻R3，產生的電壓通過偏置電阻R2加在BJT (雙極型)三極體Ql的基極。隨著高壓N型DMOS管NI漏極電流加大，電阻R3上的電壓達到BJT三極體Ql基極的開啟電壓時，BJT三極體Ql開始導通，BJT三極體Ql的集電極電流上升，通過電阻Rl的電流加大，加在高壓N型DMOS管NI的電壓VGS開始下降，阻止高壓N型DMOS管NI的源漏電流繼續上升，最終穩定在由電阻R3和BJT三極體Ql的基極導通電壓共同決定的某個電流值，實現了在VAB電壓從開啟值(由高壓N型DMOS管NI和BJT三極體Ql的開啟電壓之和決定)到350伏以上(最高可達700伏)的範圍內的恆流輸出。本實用新型中，高壓N型DMOS管採用DMOS工藝製作，穩壓二極體採用CMOS工藝製作，而BJT三極體採用雙極工藝製作。因此，本實用新型把雙極器件、CMOS器件和DMOS器件同時製作在同一晶片上，綜合雙極器件高跨導、DMOS功率器件高耐壓和CMOS電路低功耗的優點，使其互相取長補短，發揮各自的優點。以下簡單介紹高壓N型DMOS管NI和高壓電阻Rl的製造工藝高壓N型DMOS管NI的製造工藝為(I)採用高阻P型襯底，或在低阻P型襯底上進行高阻外延，以形成NI所需要的P阱區域。(2)採用N型注入和擴散形成高壓NI的漏極區域。(3)高壓NI管柵氧光刻及澱積。(4)柵多晶澱積和光刻。(5)源/漏區域N+注入。
(6)光刻接觸孔及刻蝕。(7)金屬I澱積及光刻。(8)通孔光刻及刻蝕。(9)金屬2澱積及光刻。(10)表面鈍化層澱積及刻蝕。(11)背面減薄及金屬化。高壓電阻Rl的製造工藝為(I)在矽襯底上澱積絕緣介質。(2)在絕緣襯底上澱積多晶並摻雜。(3)光刻電阻圖形並刻蝕。(4)電極區域進行重摻雜以利於和金屬的歐姆接觸。(5)接觸孔光刻及刻蝕。(6)金屬澱積及刻蝕。(7)表面鈍化層澱積及刻蝕。此外，本實用新型的電路可以封裝成二端器件，該二端器件的其中一端為高壓N型DMOS管的漏極，另一端為BJT三極體的發射極。或者，本實用新型也可封裝成三端器件，第一端為高壓N型DMOS管的漏極，第二端為高壓N型DMOS管的源極，第三端為BJT三極體的發射極。這樣，就可以在上述第二端和第三端之間連接外接電阻，通過外接電阻並聯於電阻R3，實現恆定電流值擴展編程和溫度補償等特殊應用。以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限於以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其他改進和變化，均應認為包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述電路包括一隻高壓N型DMOS管(NI)、一隻BJT三極體(Ql)、兩端分別與所述高壓N型DMOS管(NI)的柵極和漏極相連接的第一電阻(Rl)、兩端分別與所述高壓N型DMOS管(NI)的源極和BJT三極體(Ql)的基極相連接的第二電阻(R2)、兩端分別與所述高壓N型DMOS管(NI)的源極和BJT三極體(Ql)的發射極相連接的第三電阻(R3)，以及陰極與所述BJT三極體(Ql)的集電極相連接、陽極與所述BJT三極體(Ql)的發射極相連接的穩壓二極體(Dl)，所述高壓N型DMOS管(NI)的柵極與BJT三極體(Ql)的集電極相連接。
2.根據權利要求I所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述第一電阻(Rl)為高壓電阻。
3.根據權利要求I所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述第三電阻(R3)為阻值可調的可修正電阻。
4.根據權利要求I所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述高壓N型DMOS管(N I)採用DMOS工藝製作。
5.根據權利要求I所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述穩壓二極體(Dl)採用CMOS工藝製作。
6.根據權利要求I所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述BJT三極體(Ql)採用雙極工藝製作。
7.根據權利要求1飛中任意一項所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述電路封裝為二端器件，兩個端子分別為高壓N型DMOS管(NI)的漏極以及BJT三極體(Ql)的發射極。
8.根據權利要求1飛中任意一項所述單晶片超高壓恆流電路，其特徵在於所述電路封裝為三端器件，三個端子分別為高壓N型DMOS管(NI)的漏極、高壓N型DMOS管(NI)的源極以及BJT三極體(Ql)的發射極。
專利摘要本實用新型提供一種單晶片超高壓恆流電路，包括高壓N型DMOS管、BJT三極體、兩端分別與高壓N型DMOS管的柵極和漏極相連接的第一電阻、兩端分別與高壓N型DMOS管的源極和BJT三極體的基極相連接的第二電阻、兩端分別與高壓N型DMOS管的源極和BJT三極體的發射極相連接的第三電阻，以及陰極與BJT三極體的集電極相連接、陽極與BJT三極體的發射極相連接的穩壓二極體，高壓N型DMOS管的柵極與BJT三極體的集電極相連接。本實用新型的電路結構簡單，採用單晶片的雙極、CMOS和高壓DMOS混合集成電路技術，恆流端耐壓最高可達700伏特，完全滿足各種市電應用方案。
文檔編號G05F1/569GK202383549SQ20112055083
公開日2012年8月15日 申請日期2011年12月26日 優先權日2011年12月26日
發明者朱月林 申請人:朱月林