過電壓保護設備和與過電壓保護設備組合的電流隔離器制造技術

本公開涉及過電壓保護設備和與過電壓保護設備組合的電流隔離器。如果元件暴露在過高的電壓下，可能會損壞元件。本文公開了一種設備，其可以與可以暴露于高電壓的組件和節點串聯放置。如果電壓變得過高，則設備可以自主地切換到相對高阻抗狀態，從而保護其他組件。

Overvoltage protection device and current flow isolator assembled with overvoltage protection device

The present disclosure relates to an overvoltage protection device and a current isolator that is combined with an overvoltage protection device. If components are exposed to excessive voltage, components may be damaged. A device is disclosed that can be placed in series with components and nodes that can be exposed to high voltage. If the voltage becomes too high, the device can automatically switch to a relatively high impedance state, thereby protecting other components.

【技術實現步驟摘要】
過電壓保護設備和與過電壓保護設備組合的流電隔離器
本公開涉及基于半導體的過電壓保護設備，以及涉及可以用于數據傳輸方案中的電隔離器，其可以與這種過電壓保護設備相關聯。本專利技術還涉及包括基于半導體的過電壓保護設備的集成電路。
技術介紹
已存在許多電子領域，其中期望將信號(模擬或數字信號)從一個電壓域傳播到另一個電壓域。這樣的系統的示例包括功率監視或電動機控制，其中第一電壓域中的電壓可以參考第一參考電壓而高達1200伏或更高，而控制電子設備可能需要與其他系統接口，并且通常在電壓域僅為視圖伏特，例如5伏特，參考第二參考電壓，通常為地。這種布置在圖1中示出，其中第一電壓域(VDOM1)中的電壓在電壓V1和電壓VREF1之間延伸，并且其中第二電壓域(VDOM2)中的電壓在電壓V2和VREF2之間延伸。這些第一和第二電壓域之間的信號傳輸通常通過隔離器10進行。隔離器10可以在兩個電壓域之間提供電流隔離。隔離器可以包括光電耦合器，但是其他技術也是可能的，例如如圖2所示的電容器12或如圖3所示的變壓器14。通常，基于電容和變壓器的隔離可是優選的，提供在芯片級封裝(例如，集成電路形式)中。例如，電容和變壓器隔離可以提供在單片集成中或作為芯片尺寸封裝(集成電路封裝)內的兩個或更多個管芯。這種隔離器可以暴露于第一和第二電壓域VDOM1和VDOM2之間的全部電壓差。在一些情況下，這些電壓域可能經受瞬態過電壓，使得隔離器必須在其最大電壓方面顯著超過指定，可在其傳輸數據的能力上受到損害，否則可能存在設備損壞的風險。此外，在基于變壓器的隔離器的情況下，還希望避免作用在線圈內的電壓變得太大，這可能產生額外的電應力，導致隔離器內的傳輸路徑故障，即使隔離在兩個電壓域之間不會失效。例如，在集成電路中形成的變壓器中，變壓器的節點處的過電壓可能引起可能損壞變壓器的過量電流。
技術實現思路
根據本公開的第一方面，提供了一種保護設備，其被配置為當第一節點和控制節點之間的電位差超過預定值時禁止第一節點和第二節點之間的電流流動，保護設備包括垂直形成的場效應晶體管，其包括在所述第一和第二節點之間的電流流動連通中摻雜以形成第一類型半導體的半導體材料，以及限制性結構，其被設置為限制所述第一類型半導體的傳導溝道的空間范圍，其中所述限制結構連接到所述控制節點，并且所述限制結構包括遠離所述設備的表面定位的第二類型的半導體。本文所公開的保護設備的一個非限制性優點是保護設備可與電流隔離器組合設置，并且保護設備的至少一部分與電流隔離器在相同的基板上。在一些實施方式中，保護設備是結型場效應晶體管的形式。在一個實施例中，結型場效應晶體管操作為耗盡型設備，使得結型場效應晶體管在其控制節點處的電壓類似于保護設備的溝道區域內的電壓時導通。在本文中，“相似”可以被定義為意味著在小于預定閾值差內。隨著保護設備的第一節點處的電壓升高，溝道電壓也可改變，使得第一和第二節點之間的溝道逐漸變窄，直到其最終被夾斷以禁止第一和第二節點之間的電流流動節點。因此，保護設備限制可發生在電流隔離器或連接到保護設備的其它組件或電路上的電壓。本文所公開的保護設備的一個非限制性優點是保護設備還可包括在第二節點與控制節點或另一節點之間的集成可控電流路徑，其中集成電流路徑操作為當第一和第二節點彼此電流流動連通時，例如當溝道電壓和控制電壓之間的差值低于預定閾值時的高阻抗路徑，以及第二節點和第二節點之間的電流流動路徑控制節點或另一節點在第一和第二電流節點不處于電流流動連通時變為導通或低阻抗，例如當超過預定電壓差時。保護設備還可以與多種集成電路的輸入和輸出端子/引腳/節點串聯設置，以便保護集成電路的組件免受過壓或欠壓事件。本公開的另一方面是用于過電壓保護和電流隔離的保護電路。保護電路包括場效應晶體管，其包括在第一電壓域中耦合到高電壓節點的漏極。場效應晶體管被布置成夾斷場效應晶體管的溝道并且抑制電流以夾斷電壓流過溝道，其中夾斷電壓小于高壓節點處的電壓。保護電路進一步包括耦合在場效應晶體管的源極和第二電壓域中的低電壓節點之間的電流隔離器，其中低電壓節點與比高電壓節點低的電壓相關聯。本專利技術的另一方面是一種包括垂直結型場效應晶體管和電流隔離器的集成電路。垂直結型場效應晶體管具有漏極，源極和夾斷電壓。垂直結型場效應晶體管被配置為阻擋在漏極之上接收的在夾斷電壓之上的電壓，以便相對于漏極處的電壓減小源極處的電壓。電流隔離器被配置為從結型場效應晶體管的源極接收信號。附圖說明現在將參照附圖僅通過非限制性示例來描述本公開的實施例，其中：圖1示意性地示出了用于允許在第一電壓域和第二電壓域之間的信號傳播的電流隔離器；圖2示意性地示出了電容性電壓隔離器；圖3示意性地示出了基于變壓器的隔離器；圖4示意性地示出了包括構成本公開的實施例的高壓阻塞JFET形式的保護設備的不對稱保護電路，其與磁耦合隔離器的線圈相關聯地設置；圖5示意性地示出了非對稱保護電路，其中根據本公開的高電壓阻塞JFET連接到電容耦合隔離器的端子；圖6示意性地示出了對稱隔離設備的電路圖，其中根據本公開的教導的高電壓阻塞JFET設置在磁耦合隔離器的初級和次級繞組上；圖7示意性地示出了對稱保護設備的電路圖，其中根據本公開的教導，與電容性隔離勢壘的第一和第二端子相關聯地提供高電壓阻塞JFET；圖8是根據本公開的教導的保護設備的一部分的示意性橫截面；圖9更詳細地示出了圖8的設備的上部；圖10示意性地示出了根據本公開的教導的設備的最上部分的替代配置；圖11示出了根據本公開的教導的設備的最上部分的另一實施例；圖12示意性地示出了作為圖9中所示的設備內的位置的函數的各種摻雜濃度；圖13示出了根據本公開的教導的設備的實施例內的示例性摻雜濃度；圖14示出了作為施加到設備的漏極端子的電壓的函數的圖9的設備內的各個位置處的電壓的曲線圖；圖15更詳細地示出了圖14的一部分；圖16是根據本公開的教導的保護設備的另一實施例的等效電路圖；圖17示意性地示出了被布置為向磁隔離器提供不對稱保護的圖16的設備；圖18示意性地示出了被布置為向基于電容器的隔離器提供不對稱保護的圖16的設備；圖19示出了示例布置，其中圖16所示類型的設備向基于變壓器的隔離器提供對稱過電壓保護；圖20示出了示例布置，其中圖16所示類型的設備被布置為向電容隔離器提供對稱過電壓保護；圖21a是圖16所示的設備的一部分的橫截面；圖21b示出了圖21a所示的結構內的組件的等效位置；圖22是圖16所示設備的垂直延伸的橫截面；圖23是通過本公開的另一實施例的橫截面；圖24是圖23所示設備的橫截面，橫截面垂直于圖23的平面。圖25示意性地示出了根據本公開的教導的具有與其輸入和輸出相關聯的過電壓保護設備的集成電路；圖26示意性地示出了根據本公開的教導的保護設備和電流隔離器的另一變型，其中保護設備響應于作用在隔離器上的電壓；圖27示意性地示出了保護設備的第三區域中的修改的柵極結構，以提供兩個獨立的夾斷區，每個夾斷區具有各自的夾斷電壓；和圖28是根據本公開的教導的設備的另一實施例的橫截面，示出了并聯形成的多個保護設備以產生具有減小的導通電阻的復合設備。具體實施方式某些實施例的以下詳細描述呈現了具體實施例的各種描述。然而，本文所描述的創新可以以多種不同的方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于過電壓保護和電流隔離的保護電路，所述保護電路包括：場效應晶體管，其包括耦合到第一電壓域中的高電壓節點的漏極，所述場效應晶體管布置成夾斷所述場效應晶體管的溝道并且抑制在夾斷電壓下通過所述溝道的電流，其中夾斷電壓小于高電壓節點處的電壓；和耦合在所述場效應晶體管的源極和第二電壓域中的低電壓節點之間的電流隔離器，所述低電壓節點與比所述高電壓節點低的電壓相關聯。

【技術特征摘要】
2015.11.10 US 14/937,7711.一種用于過電壓保護和電流隔離的保護電路，所述保護電路包括：場效應晶體管，其包括耦合到第一電壓域中的高電壓節點的漏極，所述場效應晶體管布置成夾斷所述場效應晶體管的溝道并且抑制在夾斷電壓下通過所述溝道的電流，其中夾斷電壓小于高電壓節點處的電壓；和耦合在所述場效應晶體管的源極和第二電壓域中的低電壓節點之間的電流隔離器，所述低電壓節點與比所述高電壓節點低的電壓相關聯。2.根據權利要求1所述的保護電路，其中，所述場效應晶體管是垂直結型場效應晶體管。3.根據權利要求1所述的保護電路，其中，所述場效應晶體管是包括與所述溝道相反導電類型的掩埋摻雜區的垂直晶體管，所述摻雜區布置成限制所述溝道的空間范圍。4.根據權利要求3所述的保護電路，進一步包括在絕緣壁之間的導電材料，所述導電材料被配置為在柵電極和所述掩埋摻雜區域之一之間提供電路徑。5.根據權利要求1所述的保護電路，進一步包括雙極晶體管，其包括耦合到所述場效應晶體管的源極的集電極。6.根據權利要求1所述的保護電路，其中，所述電流隔離包括磁耦合隔離器或電容耦合隔離器中的一個。7.一種保護設備，其被布置為當所述第一節點和控制節點之間的電位差超過預定值時禁止在第一節點和第二節點之間的電流流動，所述保護設備包括垂直形成的場效應晶體管，以在所述第一和第二節點之間的電流流動連通中形成第一類型的半導體材料，以及限制性結構，其被設置為限制所述第一類型半導體的傳導溝道的空間范圍，其中所述限制性結構連接到所述控制節點并且所述限制性結構包括遠離所述保護設備的表面定位的第二類型的半導體材料。8.根據權利要求7所述的保護設備，其中，所述限制結構與所述第一類型的半導體相互作用以形成結型場效應晶體管。9.根據權利要求7所述的保護設備，其中，所述限制結構包括形成第一和第二掩埋柵極區域的第二類...

【專利技術屬性】
技術研發人員：E·J·考尼，
申請(專利權)人：亞德諾半導體集團，
類型：發明
國別省市：百慕大群島,BM