整體式低阻抗雙柵電流感測ＭＯＳＦＥＴ制造技術

本發明專利技術涉及一種整體式低阻抗雙柵電流感測ＭＯＳＦＥＴ。其中，功率開關包括具有第一源電極、第一柵電極和第一漏電極的第一功率晶體管，以及具有第二源電極、第二柵電極和第二漏電極的第二功率晶體管。功率開關進一步包括具有第三源電極、第三柵電極和第三漏電極的第一引導晶體管。第一、第二和第三漏電極被電連接在一起。第一和第二源電極被電連接在一起。第一和第三柵電極被電連接在一起，并可以獨立于第二柵電極被偏置。第一功率晶體管的尺寸等于或小于第二功率晶體管的尺寸，并且，第一功率晶體管比第一引導晶體管大。第一功率晶體管、第二功率晶體管和第一引導晶體管整體地集成在集成電路中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術主要涉及半導體功率裝置，尤其涉及用于使得能夠精確地感測電流并具有 改善的熱耗散特性(thermal dissipationcharacteristics)的雙柵低阻抗功率開關的設 備和方法。
技術介紹
功率裝置(power device)技術的發展已經使得功率晶體管(例如，MOSFET和 IGBT)具有非常小的漏極-源極電阻或Rds_。低的Rds_是所期望的，這是因為其允許更 高的電流驅動和更低的熱耗散，從而使得功率晶體管中的功率損耗減小。電流感測電路(current sense schemes)用來檢測流過功率晶體管的電流以防止 永久性損壞。用來檢測流過功率晶體管的電流的讀出放大器(sense amplifier)典型地具 有偏移誤差(offset error)。為了使得讀出放大器精確地感測流過功率晶體管的電流，需 要使被感測的信號充分大于放大器的偏移誤差，從而，讀出放大器可精確地測量流過功率 晶體管的電流。然而，由于充分降低的RDS_，功率晶體管上的壓降被減小至使得放大器偏 置電壓變成為占功率晶體管上的壓降的很大比例的這種程度，從而降低了放大器精確地感 測流過功率晶體管的電流的能力。已經嘗試設計具有低的偏置電壓的放大器，但是這些放 大器復雜且昂貴。因此，需要有一種不需要復雜的讀出電路(sensing circuitry)便能夠精確地測 量流過低阻抗功率晶體管的電流的技術。
技術實現思路
根據本專利技術的一個實施方式，功率開關包括具有第一源電極、第一柵電極和第一 漏電極的第一功率晶體管，以及具有第二源電極、第二柵電極和第二漏電極的第二功率晶 體管。功率開關進一步包括具有第三源電極、第三柵電極和第三漏電極的第一引導晶體管。 第一、第二和第三漏電極被電連接在一起。第一和第二源電極被電連接在一起。第一和第 三柵電極被電連接在一起，并可以獨立于第二柵電極被偏置。第一功率晶體管的尺寸等于 或小于第二功率晶體管的尺寸，并且第一功率晶體管比第一引導晶體管大。第一功率晶體 管、第二功率晶體管和第一引導晶體管整體地集成在集成電路中。在一個實施方式中，在操作過程中，當第一功率晶體管和第一引導晶體管同時導 通時，流過第一功率晶體管的電流和流過第一引導晶體管的電流的比值與第一功率晶體管 的尺寸和弓丨導晶體管的尺寸的比值成正比。在另一實施方式中，功率開關進一步包括具有第四源電極、第四柵電極和第四漏 電極的第二引導晶體管。第一漏極、第二漏極、第三漏極和第四漏極被電連接在一起，而第 二柵極和第四柵極被電連接在一起。第二功率晶體管比第二引導晶體管大。第一和第二功 率晶體管與第一和第二引導晶體管被整體地集成在集成電路中。在另一實施方式中，在操作過程中，當第二功率晶體管和第二引導晶體管同時導通時，流過第二功率晶體管的電流和流過第二引導晶體管的電流的比值與第二功率晶體管 的尺寸和第二引導晶體管的尺寸的比值成正比。根據本專利技術的另一實施方式，功率開關包括第一功率晶體管和第二功率晶體管， 所述第一功率晶體管包括第一多個形成第一功率晶體管的柵極端子的多晶硅帶，第二功率 晶體管包括第二多個形成第二功率晶體管的柵極端子的多晶硅帶。第一和第二功率晶體管 使它們的漏極區域連接在一起，并且使它們的源極區域連接在一起，但它們的柵極端子彼 此隔離，以便第一和第二功率晶體管可獨立地導通和截止。第一多個多晶硅帶和第二多個 多晶硅帶交叉，以在僅導通第一和第二功率晶體管中的一個時減小功率開關的熱阻。在一個實施方式中，相鄰多晶硅帶之間的間隔小于包含第一和第二晶體管的芯片 的厚度。在另一實施方式中，功率開關進一步包括第一引導晶體管，該第一引導晶體管包 括一個或多個長度與第一多個多晶硅帶的長度基本相等的多晶硅帶。第一引導晶體管的一 個或多個多晶硅帶被連接至第一多個多晶硅帶。第一引導晶體管與第一和第二晶體管具有 公共的漏極區域，并且，第一引導晶體管的源極區域連接至第一引導源極襯墊。在另一實施方式中，功率開關進一步包括第二引導晶體管，該第二引導晶體管包 括一個或多個長度與第二多個多晶硅帶的長度基本相等的多晶硅帶。第二引導晶體管的一 個或多個多晶硅帶被連接至第二多個多晶硅帶。第二引導晶體管與第一和第二晶體管具有 公共的漏極區域，并且，第二引導晶體管的源極區域被連接至第二引導源極襯墊。根據本專利技術的另一實施方式，保護式功率開關包括雙柵功率開關，其依次包括并 聯連接的第一和第二功率晶體管和第一引導晶體管。第一功率晶體管、第二功率晶體管和 第一引導晶體管的漏極端子連接在一起。第一功率晶體管的柵極端子和第一引導晶體管的 柵極端子連接在一起，并且，第一和第二功率晶體管的源極端子連接在一起。第一功率晶體 管、第二功率晶體管和第一引導晶體管整體地集成在集成電路中。保護式的功率開關進一 步包括被連接以驅動雙柵功率開關的兩個柵極的驅動電路以及讀出放大器，該讀出放大器 被連接至第一引導晶體管并被構造為檢測當處于導通狀態時流過第一功率晶體管的電流 的量的讀出放大器，并且，響應于檢測到的電流的量，使得驅動電路將第一功率晶體管保持 在導通狀態，或者截止第一功率晶體管，或者導通或截止第二功率晶體管。在一個實施方式中，在操作過程中，當第一功率晶體管和第一引導晶體管同時導 通時，流過第一功率晶體管的電流和流過第一引導晶體管的電流的比值與第一功率晶體管 的尺寸和弓丨導晶體管的尺寸的比值成正比。在另一實施方式中，在導通功率開關之后，驅動電路導通第一功率晶體管和引導 晶體管，并將第二功率晶體管保持在截止狀態，并且，讀出放大器檢測經由引導晶體管流過 第一功率晶體管的電流的量，并且，如果電流的量低于預定量，驅動電路導通第二功率晶體管。在另一實施方式中，保護式的功率開關進一步包括第二引導晶體管。第二引導晶 體管的漏極端子連接至第一功率晶體管、第二功率晶體管和第一引導晶體管的漏極端子， 并且，第二引導晶體管的柵極端子連接至第二功率晶體管的柵極端子。第一和第二功率晶 體管與第一和第二引導晶體管一起整體地集成在集成電路中。在另一實施方式中，在操作過程中，當第二功率晶體管和第二引導晶體管同時導5通時，流過第二功率晶體管的電流和流過第二引導晶體管的電流的比值與第二功率晶體管 的尺寸和第二引導晶體管的尺寸的比值成正比。在另一實施方式中，半封閉功率開關進一步包括連接在第一引導晶體管的源電極 和接地電位之間的引導負載，并且，讀出放大器具有兩個連接在引導負載上以在操作過程 中檢測引導負載上的壓降的輸入電極。附圖說明圖IA至圖IB是根據本專利技術的實施方式的雙柵功率開關的簡化示意圖；圖2是表示根據本專利技術的一個實施方式的雙柵功率開關的示意符號；圖3A是結合了根據本專利技術的一個實施方式的整體式集成雙柵功率開關的應用的 簡化的方框圖；圖3B是示出了圖3A結構圖中所示的功率開關的各端子處的定時脈沖波形的時序 圖；圖4是根據本專利技術的一個實施方式的整體式集成雙柵功率開關的簡化橫截面示 圖；圖5是根據本專利技術的一個實施方式的整體式集成雙柵功率開關的簡化布局圖。 具體實施例方式根據本專利技術的實施方式，具有一個或多個電流感測元件的整體式集成雙柵低阻抗 功率開關使得能夠精確地感測通過功率開關的電流。在一個實施方式中，整體式集成雙柵 低阻抗功率開關包括兩個并聯本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種功率開關，包括：第一功率晶體管，具有第一源電極、第一柵電極和第一漏電極；第二功率晶體管，具有第二源電極、第二柵電極和第二漏電極；以及第一引導晶體管，具有第三源電極、第三柵電極和第三漏電極，其中，所述第一、第二和第三漏電極被電連接在一起，所述第一和第二源電極被電連接在一起，所述第一和第三柵電極被電連接在一起，并可以獨立于所述第二柵電極被偏置，所述第一功率晶體管的尺寸等于或小于所述第二功率晶體管的尺寸，并且，所述第一功率晶體管比第一引導晶體管大，以及所述第一功率晶體管、所述第二功率晶體管和所述第一引導晶體管整體地集成在集成電路中。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：詹姆斯E伊爾貝里，
申請(專利權)人：飛兆半導體公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]