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一个《超低噪声的电压基准器件》的技术诀窍无偿提供
送交者: 丁成玉[★品衔R6★] 于 2022-04-07 8:05 已读 16914 次 1 赞  

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一个《超低噪声的电压基准器件》的技术诀窍无偿提供  

    我在普通《齐纳稳压二极管》(Zener diode)的基础上,使用普通工艺,在结构上略加改进,研制成功《超低噪声的电压基准器件》,特别是采取了一个技术诀窍(未公开),使噪声电压达到了1微伏以下。

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,因此只要仔细调整击穿电压,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)。另外一个重要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,状态常常有起伏移动,钠离子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。其他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。我在上个世纪80年代听说国家急需高精度稳压管,当时是在禁运范围的。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。依靠理论分析,我设计了两种类型。制造方法是巧妙的控制硅表面的硼磷的含量分布(见2型示意图),


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,抗过载电流能力大大增加(就是不容易烧坏),动态电阻也可以降低,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(即1型‘诀窍’),生产出高端产品,经当时的中科院物理所“国家微小信号测试基地”陈佳圭博导测试,噪声电压达到1微伏或者以下(当时的测量极限)。另有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《超低噪声的电压基准器件》“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,获得国家发明奖,“新闻联播”曾经报导。最近经过与有关专家交流,这个器件的噪声电压,现在仍然是最好水平。这个两端器件,比现在流行的三端器件最大优点是所用元件少,线路简单,因而可靠性大大提高。

    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,眼睛黄斑病变,原来希望把这些【技术诀窍】优先贡献给国内半导体厂家,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。疫情危机之下,为了不把这个技术带给上帝,现在也可以考虑给【所有】半导体厂家,只要提供真实身份,也可以给个人申请专利(因此目前不能公开诀窍,否则就没有新颖性不能申请专利了)。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。

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