開關電路的制作方法
【專利說明】
【背景技術】
[0001]迄今為止，在功率電子應用中使用的晶體管通常已經(jīng)用硅(Si)半導體材料來制造。用于功率應用的公共晶體管器件包括Si CMOS (CoolMOS)、Si功率MOSFET和Si絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。例如II1-V化合物半導體(諸如GaAs)的化合物半導體在一些應用中也是有用的。最近，碳化硅(SiC)功率器件已經(jīng)被考慮。諸如氮化鎵(GaN)器件的II1-N族半導體器件現(xiàn)在作為有吸引力的候選物出現(xiàn)以攜帶大電流，支持高電壓并提供非常低的接通電阻和快開關時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0002]在實施例中，開關電路包括輸入漏極、源極和柵極節(jié)點、包括與低電壓增強模式晶體管的電流路徑串聯(lián)耦合的電流路徑的高電壓耗盡模式晶體管、以及用于檢測開關電路的過熱的過熱檢測電路。
【附圖說明】
[0003]附圖的元件不一定相對于彼此成比例。相同的參考數(shù)字表示對應的相同部分。各種所示實施例的特征可組合，除非它們排斥彼此。實施例在附圖中被描繪并在接下來的描述中被詳述。
[0004]圖1圖示根據(jù)實施例的開關電路。
[0005]圖2圖示包括柵地陰地放大器布置的開關電路的示意圖。
[0006]圖3圖不開關電路的不意圖。
[0007]圖4圖示根據(jù)實施例的包括兩個封裝的開關電路。
[0008]圖5圖示根據(jù)實施例的包括單個復合封裝的開關電路。
[0009]圖6圖示根據(jù)實施例的單片集成開關電路。
[0010]圖7圖示根據(jù)實施例的單片集成開關電路。
【具體實施方式】
[0011]在下面的詳細描述中，參考形成其一部分的附圖，且其中通過例證示出其中本公開可被實踐的特定實施例。在這個方面中，參考正被描述的一個或多個圖的方位來使用方向術語，諸如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“最前部”、“尾部”等。因為實施例的部件可被定位于多個不同的方位中，所以方向術語用于說明的目的且決不是限制性的。將理解，其它實施例可被利用，且結(jié)構或邏輯改變可被做出而不脫離本發(fā)明的范圍。其下面的詳細描述不應在限制的意義上被理解，且本發(fā)明的范圍由所附權利要求限定。
[0012]如在這個說明書中采用的，術語“耦合的”和/或“電耦合的”并不打算意指元件必須直接耦合在一起，插入元件可被提供在“耦合的”或“電耦合的”元件之間。
[0013]諸如高電壓耗盡模式晶體管的耗盡模式器件具有負閾值電壓，這意味著它可在零柵極電壓下傳導電流。這些器件在正常情況下是接通的。而諸如低電壓增強模式晶體管的增強模式器件具有正閾值電壓，這意味著它在零柵極電壓下不能傳導電流且在正常情況下是斷開的。
[0014]如在本文使用的，諸如高電壓耗盡模式晶體管的“高電壓器件”是為高電壓開關應用優(yōu)化的電子器件。也就是說，當晶體管斷開時，它能夠閉塞高電壓，諸如大約300 V或更高、大約600 V或更高或者大約1200 V或更高，且當晶體管接通時，它對于其中它被使用的應用具有足夠低的接通電阻(RON)，S卩，它在相當大的電流穿過器件時經(jīng)歷足夠低的傳導損耗。高電壓器件可至少能夠閉塞等于高電壓供電的電壓或在它所用于的開關電路中的最大電壓。高電壓器件可能能夠閉塞300 V,600 VU200 V或應用所需的其它合適的閉塞電壓。
[0015]如在本文使用的，諸如低電壓增強模式晶體管的“低電壓器件”是能夠閉塞諸如在O V和V1ot之間的低電壓但不能夠閉塞高于V1ot的電壓的電子器件，V1ot可以是大約10 V、大約20 V、大約30 V、大約40 V或在大約5 V和50 V之間，諸如在大約10 V和30 V之間。
[0016]如在本文使用的，例如，化合物半導體器件可包括形成諸如絕緣柵FET (IGFET)的場效應晶體管(FET)或高電子迀移率晶體管(HEMT)的任何合適的半導體材料。合適的半導體材料包括諸如SiGe、SiC和II1-V族材料的化合物半導體材料，所述II1-V族材料包括III族砷化物、III族磷化物、III族氮化物或任何其合金。因此，短語“II1-V族”指的是包括V族元素和至少一種III族元素的化合物半導體。而且，例如，短語“III族氮化物”指的是包括氮(N)和至少一種III族元素(所述111族元素包括鋁(Al)、鎵(Ga )、銦(In )和硼(B)且包括但不限于任何其合金)的化合物半導體，諸如，氮化鋁鎵(AlxGa(1_x)N)、氮化銦鎵(InyGa(1_y)N)、氮化鋁銦鎵(AlxInyGa(1_x_y)N)、氮化鎵砷磷(GaAsaPbN(1_a_b))和氮化鋁銦鎵砷磷(AlxInyGa(1_x_y)AsaPbN(1_a_b) )。III族氮化物也一般指的是任何極性，其包括但不限于Ga極性、N極性、半極性或非極性晶體取向。
[0017]氮化鋁鎵指的是由化學式AlxGa(1_x)N描述的合金，其中X > I。
[0018]這些半導體材料是具有相對寬的直接帶隙并具有高臨界擊穿場、高飽和漂移速度和良導熱性的半導體化合物。作為結(jié)果，諸如GaN的III氮化物材料在很多微電子應用中被使用，在所述微電子應用中要求高功率密度和高效率開關。
[0019]圖1圖示根據(jù)實施例的開關電路10。開關電路10包括輸入漏極節(jié)點11、輸入源極節(jié)點12、輸入柵極節(jié)點13、包括與低電壓增強模式晶體管17的電流路徑16串聯(lián)耦合的電流路徑15的高電壓耗盡模式晶體管14。開關電路還包括用于檢測開關電路10的過熱的過熱檢測電路18。
[0020]提供包括溫度感測功能和過熱保護的開關電路10。過熱檢測電路18可作為分開的部件被提供，并被放置成使得它與開關電路10熱耦合，或過熱檢測電路19可至少部分地集成在低電壓增強模式晶體管17中，且因此與開關電路10熱耦合。高電壓耗盡模式晶體管14與低電壓增強模式晶體管17熱耦合，使得過熱檢測電路可檢測高電壓耗盡模式晶體管14和/或低電壓增強模式晶體管17的過熱。
[0021]低電壓增強模式晶體管17可以是IGFET (絕緣柵場效應晶體管)，例如P溝道MOSFETo
[0022]高電壓耗盡模式晶體管14可以是基于III族氮化物的晶體管或基于III族氮化物的高電子迀移率晶體管(HEMT )。
[0023]過熱檢測電路18可包括具有預先確定的溫度相關電壓特性的偏置pn結(jié)。pn結(jié)可以是正向偏置或反向偏置的。
[0024]在實施例中，偏置pn結(jié)集成在半導體襯底中，且特別是在與低電壓增強模式晶體管17相同的半導體襯底中。低電壓增強模式晶體管17可包括彼此并聯(lián)連接并集成在半導體襯底中的多個晶體管單元。偏置Pn結(jié)可集成在同一半導體襯底中。
[0025]在實施例中，低電壓增強模式晶體管17包括彼此并聯(lián)連接并集成在半導體襯底中的多個晶體管單元，以及集成在同一半導體襯底中的正向偏置pn結(jié)。正向偏置pn結(jié)具有與結(jié)溫度成反比的電壓降。
[0026]開關電路10還可包括耦合到正向偏置pn結(jié)的用于產(chǎn)生與電壓降成比例的電壓的電壓裝置。
[0027]過熱檢測電路18可包括用于接收電壓并在電壓超過閾值電壓時產(chǎn)生用來指示低電壓增強模式晶體管17過熱的信號的閾值裝置。
[0028]在實施例中，低電壓增強模式晶體管17包括彼此并聯(lián)連接并集成在半導體襯底中的多個晶體管單元，以及集成在同一半導體襯底中的反向偏置Pn結(jié)。反向偏置pn結(jié)具有溫度相關的泄漏電流。開關電路10還可包括耦合到反向偏置pn結(jié)的用于產(chǎn)生與反向泄漏電流成比例的電壓的電壓裝置。過熱檢測電路18可包括用于接收電壓并用于在電壓超過閾值電壓時產(chǎn)生用來指示低電壓增強模式晶體管17過熱的信號的閾值裝置。
[0029]過熱檢測電路18還可包括第一過熱檢測焊盤和可選地第二過熱檢測焊盤，這兩個過熱檢測焊盤被定位于半導體襯底上并耦合到偏置pn結(jié)。
[0030]開關電路10還可包括至少一個過熱檢測節(jié)點。
[0031]高電壓模式耗盡晶體管14可在柵地陰地放大器布置中操作地連接到低電壓增強模式晶體管17。
[0032]在實施例中，高電壓耗盡模式晶體管14被直接驅(qū)動。
[0033]高電壓耗盡模式晶體管14和低電壓增強模式晶體管17可具有不同的布置。
[0034]在實施例中，高電壓耗盡模式晶體管14可作為分立部件被提供，且低電壓增強模式晶體管17可作為分立部件被提供。
[0035]在實施例中，高電壓耗盡模式晶體管和低電壓增強模式晶體管相鄰于彼此安裝在復合封裝中。
[0036]在實施例中，高電壓耗盡模式晶體管14和低電壓增強模式晶體管17被單片地集成。
[0037]開關電路10的高電壓耗盡模式晶體管14在操作中在正常情況下是接通的。在高電壓耗盡模式晶體管14在正常情況下斷開是期望的實施例中，這可通過在柵地陰地放大器布置中將高電壓耗盡模式晶體管14操作地連接到低電壓增強模式晶體管17來實現(xiàn)。
[0038]圖2圖示包括這樣的柵地陰地放大器布置的開關電路30的示意圖。
[0039]在開關電路20中，在正常情況下接通的高電壓耗盡模式晶體管21與在正常情況下斷開的低電壓增強模式晶