特開2023-182806IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

絶縁回路は、共通接地接続を共有しない異なる供給源により電力供給される電気システムを相互接続するためのガルバニック絶縁障壁を横断するデータ及び/又は電力伝達に対するものである。変圧器絶縁アプローチは、スイッチング回路及び磁場に関与し、結果の電磁干渉(EMI)は、或る応用例において望ましくない可能性がある。また、変圧器絶縁は、典型的に、付加的な変圧器構成要素を必要とし、またこれらのソリューションは大きい回路面積を必要としコストが嵩む。データ送信のための絶縁を提供するために容量結合又はAC結合が用いられ得るが、キャパシタベースの絶縁ソリューションは、信号エネルギーを吸収し、電力効率低下を引き起こす寄生容量を伴うことがある。また、高電圧降伏電圧定格は、表面誘電体の厚い層を必要とするため、容量結合を用いて実装するためにはコストが嵩む。光絶縁は、光子エミッタ(例えば、発光ダイオード又はLED)、光起電力ダイオード(PVD)等のレシーバ又はセンサ、及び光結合材料を介し、光を用いてガルバニック絶縁された回路間で電力/電気信号を伝達することにより、変圧器絶縁に関連するEMI及び回路面積の問題を回避する。光結合デバイス又はオプトカプラは、典型的に、ガラス又は他の透明な材料を間に用いて、PVダイオードの上にLED光源をスタックして、PVDセンサの頂部に対して光子エネルギーを垂直に下向きに伝達する。また、LEDとPVDとの間の距離を増大することによってのみ高い降伏電圧絶縁定格が達成され得、その結果、許容不能な垂直デバイス高さとなる場合がある。幾つかの高絶縁電圧オプトカプラは、LEDからの光を光ダイオードに反射させる反射ドームを用い、LEDによる上方向送信及び光ダイオードによる下方向受信のために並べて配置される。これら従来のオプトカプラアプローチにおいて、光子経路は、シリコンデバイスの表面に対して直交する。LED光源は、典型的に、赤外波長又は赤外波長の近くで光信号を提供し、オプトカプラは、概して、電力効率(例えば、出力電流に対する入力電流の比を表す電流伝達比又はCTR)が悪くなる。また、共通モード過渡絶縁(CMTI)は、エミッタと検出器との間の容量結合に起因して垂直構成において問題となる。従って、従来の光絶縁技法は、多くの電力伝達応用例に対して充分なソリューションを提供しない。

要約特許出願時に添付された[要約書]

【課題】低ノイズ、高効率の電力供給応用例、並びに光絶縁されたデータ伝達又は光子検出器応用例において用いることができる高い電流伝達比を備える光絶縁システム及び拡張された横方向pn接合を備える光子検出器を提供する。
【解決手段】1つ又は複数のP型半導体構造101及びN型半導体構造103を備える横方向光起電センサ及びLED光源108を含み、P型半導体構造101及びN型半導体構造103は個別に、所与の波長λの光子を受け取るための横方向センサ面107bと、所与の波長λに対応する半導体構造に対する吸収深さの5倍より大きい有効接合距離Dを有する拡張された横方向接合領域とを含む。
【選択図】図1

この発明についての権利主張の範囲[特許請求の範囲]

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 一実施形態に従って、LED光源と、電気的絶縁のための光路を提供するモールディングされたパッケージ構造の内部キャビティにおける拡張された有効接合距離にわたって、横方向に離間される複数のpn接合を有する半導体構造を備える横方向光受容ダイオードセンサとを含む、光絶縁集積回路の側断面図である。
【図2】 LED光源と、パッケージキャビティの凹状表面に形成される反射コーティングを含む横方向光ダイオードセンサとを備える、別の光絶縁IC実施形態の側断面図である。
【図3】 LED光源と横方向光ダイオードセンサとの間に、ガラス又はプラスチック光送信媒体位置を有する、別の光絶縁IC実施形態の側断面図である。
【図4】 横方向多段光起電力(LMSPV)光センサを形成するために、複数のpn接合を個々に含む2つの垂直にスタックされた横方向光ダイオード半導体構造を含む光センサを備える、別の光絶縁IC実施形態の側断面図である。
【図5】 図4の光センサにおける受光の部分的側断面図である。
【図6】 単一の拡張されたpn接合を個々に含む4個の垂直にスタックされた横方向光ダイオード半導体構造を含む光センサを備える、別の光絶縁IC実施形態の側断面図である。
【図7】 図6の光センサにおける受光の部分的側断面図である。
【図8】 放物線収束ミラーを備える赤外線又は近赤外線光源と、単一の拡張されたpn接合を含む光ダイオード半導体構造とを含む、別の例示の絶縁回路の側断面図である。
【図9】 例示の出力電流タップを備える横方向に拡張された接合光ダイオード半導体構造の一例の平面図を含む、光絶縁システムの部分的概略図である。
【図10】 図9の半導体構造における有効接合距離の関数としての、集電されたタップ電流のグラフである。
【図11】 シリコンに対する光子波長の関数としての、例示の吸収深さ曲線のグラフである。
【図12】 LMSPV pvバイアス生成器アレイを含む例示の絶縁された低ドロップアウト(LDO)レギュレータの簡略化された概略図である。
【図13】 LMSPV pvバイアス生成器アレイを含む例示のソリッドステートリレー(SSR)の簡略化された概略図である。
【図14】 LMSPV光センサを含む例示の絶縁されたラッチングSSRの簡略化された概略図である。
【図15】 光ファイバによって接続される光源及びLMSPV光センサを含む細長い絶縁回路の側断面図の部分的概略図である。
【図16】 光ファイバによって接続される光源及びLMSPV光センサを含む細長い絶縁回路の平面断面図の部分的概略図である。
【図17】 光ファイバによって結合される光源IC及びLMSPV光センサを含む光絶縁システムの平面断面図の部分的概略図である。
【図18】 LMSPV光センサと図17のシステムに用いられ得るその他の回路要素との間に形成されるブラックポリマー光障壁を備えるLMSPV光センサを含む例示のLDOレギュレータの平面図の部分的概略図である。
【図19】 ブラックポリマー障壁によって分離される複数のLMSPV光センサチャネルを備える例示のLDOレギュレータの平面図の部分的概略図である。
【図20】 ブラックポリマー障壁によって分離され、LMSPV光センサチャネルの周りに反射材料で充填されるカーブしたトレンチを個々に含む、複数のLMSPV光センサチャネルを備える例示のLDOレギュレータの平面図の部分的概略図である。
【図21】 複数の横方向に離間されるpn接合を形成するために、pドープ領域において複数のnドープ領域を個々に含む、幾つかの例示の相互接続された半導体構造の更なる詳細を示す、例示のLMSPV光センサ半導体構造の平面図の部分的な概略図である。
【図22】 拡張された有効接合距離に沿って配置される複数のpn接合を備える横方向光センサ半導体構造と、光子増倍回路を提供するためのクエンチング回路とを含む例示の光子センサの部分的な概略図である。
【図23】 拡張された有効接合距離に沿って配置される単一のpn接合を備える横方向光センサ半導体構造と、光子増倍回路を提供するためのクエンチング回路とを含む別の例示の光子センサの部分的な概略図である。

選択図 図1出願人が指定した本件の代表的な図

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