电压增加而电阻值增加的电阻元件
阅读：575发布：2021-05-14
专利汇可以提供电压增加而电阻值增加的电阻元件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种 电阻 元件包含 基层 、设于基层上下二侧的上欧姆区及下欧姆区、向上 覆盖 于基层及上欧姆区的上金属接电层及向下覆盖于下欧姆区下金属接电层，在接 电极 通电时下欧姆区及上欧姆区导通，且基层与上金属层的接面形成扩大耗尽区而阻碍导通，而使电阻元件的电阻值随 电压 增加而增加。，下面是电压增加而电阻值增加的电阻元件专利的具体信息内容。
1.一种电压增加而电阻值增加的电阻元件，其特征在于，包含：
基层，为低掺杂的第一导电类性的半导体；
上欧姆区，为高掺杂型的第一导电类性的半导体，局部形成于所述的基层的上表面的中间位置；
上金属接电层，覆盖在所述的上欧姆区的上表面，并于所述的上欧姆区的上表面的二侧延伸覆盖在所述的基层的上侧，而在所述的上金属接电层与所述的上欧姆区的接面位置形成上欧姆接面，以及在所述的上金属接电层与所述的基层的接面位置形成上逆压障面，所述的上逆压障面为肖特基接面；
下欧姆区，为高掺杂型的第一导电类性的半导体，对向于所述的上欧姆区而局部形成于所述的基层的下表面的中间位置；以及
下金属接电层，覆盖在所述的下欧姆区的下表面，而在所述的下金属接电层与所述的下欧姆区的接面位置形成下欧姆接面，
其中，所述的电阻元件的所有半导体为相同的导电类性，在所述的下金属接电层连接于正电位及所述的上金属接电层连接于负电位时，而自所述的下欧姆接面至所述的上欧姆接面形成导电通道，所述的基层与所述的上金属接电层为受逆向偏置电压，所述的上逆压障面形成随电压增加而扩大的耗尽区而阻碍所述的导电通道，使所述的电阻元件的电阻值随电压增加而增加，于所述的耗尽区扩大至完全阻碍所述的导电通道时，所述的导电通道夹止且夹止点在所述的上欧姆区与所述的基层的接面，而使通过电流在电压增加时保持稳定。
2.如权利要求1所述的电阻元件，其特征在于，所述的第一导电类性的半导体为N型半导体。
3.如权利要求1所述的电阻元件，其特征在于，所述的第一导电类性的半导体为P型半导体。
4.如权利要求1所述的电阻元件，其特征在于，所述的上欧姆区自所述的基层的上表面向下埋入形成。
5.如权利要求1所述的电阻元件，其特征在于，所述的上欧姆区自所述的基层的上表面向上凸起形成。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电阻元件，其特征在于，所述的下金属接电层覆盖在所述的下欧姆区的下表面，并于所述的下欧姆区的下表面的二侧延伸覆盖在所述的基层的下侧，而在所述的下金属接电层与所述的基层的接面位置形成下逆压障面，以及在所述的上金属接电层连接于正电位及所述的下金属接电层连接于负电位时，而自所述的上欧姆接面至所述的下欧姆接面形成导电通道，所述的下金属接电层与所述的基层为受逆向偏置电压，所述的下逆压障面形成随电压增加而扩大的耗尽区而阻碍所述的导电通道，使所述的电阻元件的电阻值随电压增加而增加。
电压增加而电阻值增加的电阻元件
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电阻元件，特别是涉及一种电压增加而电阻值增加的电阻元件。
背景技术
[0002] 电阻元件是电子电路中常见的元件，其泛指所有形成电阻的电子元件。电阻元件主要的功能为在电路中提供对于通过电流的阻碍能力，而控制电路中电压和电流的比例。随着用途与特性的不同，电阻元件具有许多的种类，依材料分类大致上包括有金属电阻元件、电解质电阻元件及半导体电阻元件等。
[0003] 图1所示的是一现有的半导体定电阻元件的例子，其包括一基底低浓度掺杂的半导体层L(n-)、位于其上的一高浓度掺杂的半导体层H(n+)与一电极金属接电层M、及位于其下的另一高浓度掺杂的半导体H(n+)与电极金属接电层，其电压和电流呈线性分布。
[0004] 然而，使用这种定电阻元件时，必须因应工作环境电压和电流的状况，而选择具合适的电阻值者。否则，若是选用电阻值过小的电阻元件，虽容易开启，但也容易随着电压上升而使负载电流过大，终至烧断而无法使用。若是选用电阻值过大的电阻元件，则会有启动缓慢，甚至无法开启的状况。因此，这种电阻元件对于电压和电流都会有其额定条件的限制，在超过规定值的情况下，则会因功率过高而故障或造成不可逆的破坏。
发明内容
[0005] 鉴于以上所述，现有技术中的电阻元件无法在各种电压条件下维持良好的电流调控能力，而有失效或受损的状况出现，实有改良的必要。
[0006] 缘此，本发明的目的在于提供一种电阻元件，能解决上述现有技术中的问题。
[0007] 本发明为解决现有技术的问题所采用的技术手段提供一种电压增加而电阻值增加的电阻元件，包含：基层，为低掺杂的第一导电类性的半导体；上欧姆区，为高掺杂型的第一导电类性的半导体，局部形成于该基层的上表面的中间位置；上金属接电层，覆盖在该上欧姆区的上表面，并于该上欧姆区的上表面的二侧延伸覆盖在该基层的上侧，而在该上金属接电层与该上欧姆区的接面位置形成上欧姆接面，以及在该上金属接电层与该基层的接面位置形成上逆压障面；下欧姆区，为高掺杂型的第一导电类性的半导体，对向于该上欧姆区而局部形成于该基层的下表面的中间位置；以及下金属接电层，覆盖在该下欧姆区的下表面，而在该下金属接电层与该下欧姆区的接面位置形成下欧姆接面，其中，在该下金属接电层连接于正电位及该上金属接电层连接于负电位时，而自该下欧姆接面至该上欧姆接面形成导电通道，该基层与该上金属接电层为受逆向偏置电压，该上逆压障面形成随电压增加而扩大的耗尽区而阻碍该导电通道，使该电阻元件的电阻值随电压增加而增加。
[0008] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该第一导电类性的半导体为N型半导体。
[0009] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该第一导电类性的半导体为P型半导体。
[0010] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该上欧姆区自该基层的上表面向下埋入形成。
[0011] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该上欧姆区自该基层的上表面向上凸起形成。
[0012] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该上欧姆区提供为多数个。
[0013] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，还包括二个上反向掺杂区，该二个上反向掺杂区为高掺杂型的第二导电类性的半导体，分别于该上欧姆区的相对二侧局部形成于该基层的上表面，且分别与该基层的接面形成PN接面，并且该上金属接电层覆盖于该上欧姆区及该二个上反向掺杂区的上侧。
[0014] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，还包括二个上绝缘层，该二个上绝缘层于该上欧姆区的相对二侧覆盖于该基层的上侧，且该上金属接电层覆盖该上欧姆区及该二个上绝缘层的上侧。
[0015] 在本发明的一实施例中提供一种电阻元件，该下金属接电层覆盖在该下欧姆区的下表面，并于该下欧姆区的下表面的二侧延伸覆盖在该基层的下侧，而在该下金属接电层与该基层的接面位置形成下逆压障面，以及在该上金属接电层连接于正电位及该下金属接电层连接于负电位时，而自该上欧姆接面至该下欧姆接面形成导电通道，该下金属接电层与该基层为受逆向偏置电压，该下逆压障面形成随电压增加而扩大的耗尽区而阻碍该导电通道，使该电阻元件的电阻值随电压增加而增加。
[0016] 经由本发明所采用的技术手段，电阻元件以欧姆接面快速导通电流而开启，并能随电压增加而利用逆向偏置电压扩大耗尽区而阻碍导电通道，使其电阻值随电压增加而增加，且在电压高至一定程度时，耗尽区会扩大至完全阻碍导电通道，形成定电流。借此，本发明的电阻元件在接电时快速导通而作动，并在电压上升的状况下，导电通道渐缩电阻值上升，而在电压高至夹止发生的状况下，能以定电流保护电阻元件而防止功率过高的损害。
[0017] 并且，在本发明的另一实施例中，电阻元件通过相对设置的双向结构，而无论电压的顺逆，亦能达到快速导通、电阻值随电压增加而增加、电流逐渐和缓而至定电流及抗高压等功能。借此能够方便以任意方向与电路连接，并且能够适用于交流电及直流电二者。
[0018] 另外，虽然目前有晶体管的电阻元件取代半导体定电阻元件。但，此类的电阻元件大多以肖特基接面或PN接面而导通，也就是需要额外抵抗接面的位能阻碍方能导通，开启速度慢。此外，因晶体管用于外接电线的电极至少有三个，必须设有三个以上的接电层，而产生额外的接线面积，难以施行小型化及微型化。
[0019] 相较而言，本发明的电阻元件通过几乎无位能阻碍的上欧姆接面及下欧姆接面导通，并且仅有二个接线的金属接电层，结构简单，并无一般晶体管的电阻元件的复杂结构，使得本发明的电阻元件能够快速导通，而且在工艺上相对简单，并在尺寸上相对较易小型化。附图说明
[0020] 图1为显示现有的电阻元件的示意图。
[0021] 图2为显示本发明的一实施例的电阻元件的示意图。
[0022] 图3为显示本发明的另一实施例的电阻元件的示意图。
[0023] 图4为显示本发明的另一实施例的电阻元件的示意图。
[0024] 图5为显示本发明的另一实施例的电阻元件的示意图。
[0025] 图6为显示本发明的另一实施例的电阻元件的示意图。
[0026] 图7a至图7d为显示本发明的实施例的电阻元件的使用示意图。
[0027] 图8为显示本发明的实施例的电阻元件的电流/电压特性曲线示意图。
[0028] 图9为显示本发明的另一实施例的电阻元件的示意图。
[0029] 图10a至图10g为显示本发明的另一实施例的电阻元件的使用示意图。
[0030] 图11为显示本发明的另一实施例的电阻元件的电流/电压特性曲线示意图。
[0031] 附图标记
[0032] 100、100a、100b 电阻元件
[0033] 100c、100d、100e 电阻元件
[0034] 1 基层
[0035] 2 上欧姆区
[0036] 3 上金属接电层
[0037] 4 下欧姆区
[0038] 5 下金属接电层
[0039] 6 反向掺杂区
[0040] 7 上绝缘层
[0041] C 导电通道
[0042] E 耗尽区
[0043] H、L 半导体层
[0044] M 电极金属接电层
[0045] T1 上欧姆接面
[0046] T2 上逆压障面
[0047] T3 下欧姆接面
[0048] T4 下逆压障面
[0049] T5 PN接面
[0050] W1 宽度
具体实施方式
[0051] 以下根据图2至图11，而说明本发明的实施方式。该说明并非为限制本发明的实施方式，而为本发明的实施例的一种。
[0052] 如图2所示，依据本发明的一实施例的电阻元件100，包含：基层1、上欧姆区2、上金属接电层3、下欧姆区4及下金属接电层5。
[0053] 在本实施例中，该基层1、该上欧姆区2及该下欧姆区4为同导电类型的半导体。该基层1为低浓度掺杂，该上欧姆区2及该下欧姆区4为高浓度掺杂。该半导体的基材可以为任何半导体材料，如：Si、SiC、GaN/Si、GaAs等材料。该上欧姆区2为自该基层1的上表面的中间位置向下埋入形成井状的高浓度掺杂区。
[0054] 在本实施例中，该上金属接电层3具有上欧姆接面T1及肖特基接面。具体而言，该上金属接电层3淀积于上欧姆区2的上侧及该基层1的上侧。该上金属接电层3完全覆盖该上欧姆区2，并与该上欧姆区2的接触面形成该上欧姆接面T1。并且，该上金属接电层3于该上欧姆区2的二侧延伸覆盖在该基层1的上侧，而在该上金属接电层3与该基层1的接触面形成上逆压障面T2。在本实施例中，该上逆压障面T2为肖特基接面。
[0055] 在本实施例中，该下欧姆区4与该基层1及该上欧姆区2为同导电类型的半导体。该下欧姆区4对向于该上欧姆区2，而自该基层1的下表面的中间位置向上埋入形成井状的高浓度掺杂区。
[0056] 在本实施例中，该下金属接电层5局部覆盖在该下欧姆区4的下表面，且并没有接触于该基层1。该下金属接电层5与该下欧姆区4的接触面形成下欧姆接面T3。该下欧姆接面T3与该上欧姆接面T1形成可上下导通的欧姆导电通道的结构。
[0057] 选择性地，在本实施例中，该基层1、该上欧姆区2及该下欧姆区4皆为N型半导体，而能在导电通道中具有较快的电荷流通速度。当然，本发明不以此为限该基层1、该上欧姆区2及该下欧姆区4也可以皆为P型半导体。
[0058] 如图7a至图7d所示，将该下金属接电层5连接于正电位及该上金属接电层3连接于负电位时，形成自该下欧姆接面T3至该上欧姆接面T1的导电通道C。该基层1与该上金属接电层3为逆向偏置电压，该上逆压障面T2(肖特基接面)形成随电压增加而扩大的耗尽区E。
[0059] 具体而言，如图7a所示，该电阻元件100在并未连接电源而静止时，该上逆压障面T2(肖特基接面)于电中性的状态，因该基层1受该上金属接电层3的电荷感应于该上逆压障面T2形成一层薄薄的耗尽区E。
[0060] 接着，如图7b所示，将该电阻元件100连接于一电源，以电源的正电位接线于该下金属接电层5，并以电源的负电位接线于该上金属接电层3。因欧姆接面之间的电流导通近乎无电阻而接近于直接导通，而使该下欧姆接面T3至该上欧姆接面T1快速形成该导电通道C。值得一提的，欧姆接面的接面电阻远小于肖特基接面、PN接面的电阻，而使本发明能以最快的速度而形成导电通道。该上逆压障面T2于逆向偏置电压下，形成渐扩的耗尽区E。此时，耗尽区E还未影响该导电通道C，故该电阻元件100呈欧姆电阻的特性，其电流-电压特性曲线(I-V curve)呈线性分布，即图8的A1区域。
[0061] 如图7c所示，在耗尽区E扩大至阻碍该导电通道C时，该导电通道C受于该上欧姆区2二侧向该基层1扩大的耗尽区E的阻碍。该导电通道C的宽度W1因应该耗尽区E扩大范围而向内逐渐缩减，而使导电通道C的电阻值逐渐增大。此时其电流-电压特性曲线(I-V curve)呈非线性分布，即图8的A2区域，使该电阻元件100的电阻值随电压增加而增加，且电流值逐渐趋于和缓。
[0062] 如图7d所示，在耗尽区E扩大至完全阻碍该导电通道C时，此时的该导电通道C被夹断，这种状况称之为夹止(pinch-off)，夹止点在该上欧姆区2与该基层1的接面。在这种状况下，由该下欧姆区4出发的载子(carrier)经由通道到达夹止点时，会被注入该上欧姆区2周围的空间电荷区(space charge region)，再被扫入该下欧姆区4，而使电阻元件100进入饱和区(saturation or active mode)，其通过电流呈现定电流状态。此时电流-电压特性曲线(I-V curve)大致为定电流，即图8的A3区域。也就是说电压持续提高，而电阻值不断上升，但电流值仍恒定。
[0063] 综合上述，本实施例的电阻元件100于该基层1与该上金属接电层3为逆向偏置电压时，该电阻元件100通过该下欧姆接面T3与该上欧姆接面T1的结构而快速导通，且通过该耗尽区E阻碍至夹止该导电通道C的结构，而使电阻值随电压增加而不断增加，电流值则自低电压的线性分布，随电压增加而转变为非线性分布，而至相对高电压时的定电流分布，而能够抑制因高电压产生的电流，不会有电流负载过大而烧断的情形，且因此使电压的受限的范围予以扩大，而能够在高电压下有抑制高电流的功能。
[0064] 如图3所示，依据本发明的另一实施例的电阻元件100a，与前一实施例大致相同，不同之处在于该上欧姆区自该基层的上表面向上凸起形成。该下欧姆区4自该基层1的上表面向上凸起形成。
[0065] 如图4所示，依据本发明的另一实施例的电阻元件100b，与该电阻元件100大致相同，不同之处在于还包括二个上反向掺杂区6。该二个上反向掺杂区6为与该基层1相反导电类型的半导体。本实施例中，该二个上反向掺杂区6为自该基层1的上表面于该上欧姆区2的相对二侧的位置向下埋入形成一井状的高浓度掺杂区。该上反向掺杂区6与该基层1的接触面形成一PN接面T5，而以该二个PN接面T5作为上逆压障面。
[0066] 如图5所示，依据本发明的另一实施例的电阻元件100c，与该电阻元件100大致相同，不同之处在于还包括二个上绝缘层7。该二个上绝缘层7为氧化绝缘层。该二个上绝缘层7于该上欧姆区2的相对二侧形成覆盖于该基层1的上侧的该上绝缘层7，且该上金属接电层
3覆盖于该上欧姆区及该二个上绝缘层的上侧。在本实施例中，该二个上绝缘层7的上表面与该上欧姆区2的上表面构成同一水平面，该上金属接电层3覆盖于该上欧姆区2及该二个上绝缘层的同一水平面的上侧。当然，本发明不以此为限，该上欧姆区2的上表面也可与该基层1的上表面构成同一水平的平面，该二个上绝缘层7自该上欧姆区2的相对二侧的该基层1的上表面向上堆栈，而该上金属接电层3向上堆栈并覆盖于该二个上绝缘层7及该上欧姆区2。
3覆盖于该上欧姆区及该二个上绝缘层的上侧。在本实施例中，该二个上绝缘层7的上表面与该上欧姆区2的上表面构成同一水平面，该上金属接电层3覆盖于该上欧姆区2及该二个上绝缘层的同一水平面的上侧。当然，本发明不以此为限，该上欧姆区2的上表面也可与该基层1的上表面构成同一水平的平面，该二个上绝缘层7自该上欧姆区2的相对二侧的该基层1的上表面向上堆栈，而该上金属接电层3向上堆栈并覆盖于该二个上绝缘层7及该上欧姆区2。
[0067] 如图6所示，依据本发明的另一实施例的电阻元件100d，与该电阻元件100大致相同，不同之处在于该上欧姆区2提供为多数个。该上金属接电层3覆盖在多数个该上欧姆区2的上表面及延伸覆盖在该基层1的上侧，而在该上金属接电层3与多数个该上欧姆区2的接面位置形成多数个上欧姆接面T1，以及在该上金属接电层3与该基层1的接面位置形成多数个上逆压障面T2，而形成多数个该上逆压障面T2形成多数个耗尽区E而阻碍该导电通道C。在本实施例中，该多数个该上欧姆区2自该基层1的上表面向下埋入形成。当然，本发明不以此为限，该多数个该上欧姆区2也可自该基层1的上表面向上凸起形成。
[0068] 如图9所示，依据本发明的一另一实施例的电阻元件100e，与该电阻元件100大致相同，不同之处在于该下金属接电层5覆盖在该下欧姆区4的下表面，并于该下欧姆区4的下表面的二侧延伸覆盖在该基层1的下侧，而在该下金属接电层5与该基层1的接面位置形成一下逆压障面T4，而形成上下对称的双向结构。该下逆压障面T4即为一肖特基接面。
[0069] 具体而言，该电阻元件100e与该电阻元件100的上半部完全相同，在该下金属接电层5连接于正电位及该上金属接电层3连接于负电位时，其技术手段完全相同，故在此仅简略说明。该电阻元件100e的该基层1与该上金属接电层3为逆向偏置电压时耗尽区E的变化依序如图10a、图10b(图11A1区)、图10c(图11A2区)至图10d(图11A3区)所示者。
[0070] 该电阻元件100e在该上金属接电层3连接于正电位及该下金属接电层5连接于负电位时，因上下对称的双向结构，其技术手段与该下金属接电层5连接于正电位及该上金属接电层3连接于负电位相同。
[0071] 如图10e至图10g所示，以一电源的正电位接线于该上金属接电层3，并以一电源的负电位该下金属接电层5时，该上金属接电层3与该基层1形成自该上欧姆接面T1至该下欧姆接面T3快速反应的该导电通道C，且该下逆压障面T4形成渐扩耗尽区E(图10e及图11A4区)。在耗尽区E扩大至阻碍该导电通道C时，该导电通道C的宽度W1因应该耗尽区E扩大范围而逐渐缩减，而使导电通道C的电阻值逐渐增大(图10f及图11A5区)。在耗尽区E扩大至完全阻碍该导电通道C时，此时的该导电通道C被夹断，而使电阻元件100e进入饱和区(saturation or active mode)，其通过电流呈现定电流状态(图10g及图11A6区)。
[0072] 通过上述实施例的结构，该电阻元件100e可达到于任意方向与电路连接皆可快速导通、电阻值随电压上升，且在高电压下能以定电流保护电阻元件。
[0073] 当然，本发明不以此为限，可依据电阻元件100、电阻元件100a、电阻元件100b、电阻元件100c、电阻元件100d及电阻元件100e的结构相互组合，而以相同技术手段达到相同的功能。
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