[發(fā)明專利]具有集成的限流器的半導(dǎo)體電子元件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380043139.8
• 申請日: 2013-07-16
• 公開（公告）號: CN104737294B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳毅鋒;烏梅什·米什拉;斯拉班緹·喬杜里
• 申請（專利權(quán)）人: 創(chuàng)世舫電子有限公司
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 李佳,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

描述了包括集成的限流器的半導(dǎo)體電子器件和元件。

背景技術(shù)

迄今，功率電子應(yīng)用中使用的大部分晶體管通常用硅(Si)半導(dǎo)體材料來制作。用于功率應(yīng)用的公共晶體管器件包括Si CoolMOS、Si功率MOSFET和Si絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)。盡管Si功率器件不貴，但是它們經(jīng)受多個缺點，包括相對低的開關(guān)速度和高水平的電噪聲。最近，由于其出眾屬性而考慮了碳化硅(SiC)功率器件。III-N半導(dǎo)體器件，諸如氮化鎵(GaN)器件，現(xiàn)在正顯現(xiàn)為有吸引力的候選來攜帶大電流、支持高電壓并且提供非常低的導(dǎo)通電阻和快速開關(guān)時間。

大多數(shù)常規(guī)III-N高電子遷移率晶體管(HEMT)和相關(guān)晶體管器件正常導(dǎo)通，即具有負(fù)閾值電壓，這意味著它們可以以零柵極電壓導(dǎo)通電流。具有負(fù)閾值電壓的這些器件被稱為損耗模式(D模式)器件。在功率電子器件中，優(yōu)選具有正常截止的器件，即具有正閾值電壓的器件，其不會以零柵極電壓導(dǎo)通實質(zhì)電流，以便通過防止器件的意外導(dǎo)通而避免對器件或者對其他電路元件的損害。正常截止的器件普遍被稱為增強模式(E模式)器件。

高電壓III-N E模式晶體管的可信賴制作和制造因此被證明為非常困難。對單個高電壓E模式晶體管的一個替換是以圖1的配置1將高電壓D模式晶體管與低電壓E模式晶體管相組合以形成混合器件，其可以與單個高電壓E模式晶體管相同的方式操作并且在許多情況下獲得與單個高電壓E模式晶體管2相同或相似的輸出特性，如圖2中所示。圖1的混合器件1包括高電壓D模式晶體管23和低電壓E模式晶體管22，其可選地可以都裝入封裝10中，該封裝包括源極引線11、柵極引線12和漏極引線13。低電壓E模式晶體管22的源電極31和高電壓D模式晶體管23的柵電極35都電連接在一起并且可以電連接到源極引線11。低電壓E模式晶體管22的柵電極32可以電連接到柵極引線12。高電壓D模式晶體管23的漏電極36可以電連接到漏極引線13。高電壓D模式晶體管23的源電極34電連接到低電壓E模式晶體管22的漏電極33。

如這里所使用的，如果兩個或更多接觸或諸如傳導(dǎo)層或元件的其他項目通過足夠傳導(dǎo)以確保每個接觸或其他項目處的電勢大致相同或大約相同(即預(yù)期為相同)而不管偏置條件的材料連接，則它們被稱為“電連接”。

圖2的器件2包括單個高電壓E模式晶體管21，該高電壓E模式晶體管21可以裝在與圖1的混合器件1相同或相似的封裝10中。高電壓E模式晶體管21的源電極41可以連接到源極引線11，高電壓E模式晶體管21的柵電極42可以連接到柵極引線12，并且高電壓E模式晶體管21的漏電極43可以連接到漏極引線13。當(dāng)相對于源極引線11向柵極引線12施加0V時，圖1中的器件1和圖2中的器件2都能夠阻止源極引線11和漏極引線13之間的高電壓，并且當(dāng)相對于源極引線11向柵極引線12施加足夠正電壓時，兩者可以導(dǎo)通電流從源極引線11到漏極引線13。

盡管存在許多常規(guī)應(yīng)用可以用圖1的混合器件1來替代圖2的單個高電壓E模式器件2，但存在某些應(yīng)用需要或有必要對混合器件1的結(jié)構(gòu)進行修改和/或改進以便獲得所想要的輸出并同時保持足夠的器件可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

在一個方面，描述一種電子元件，該電子元件包括損耗模式晶體管，該損耗模式晶體管具有第一擊穿電壓、第一導(dǎo)通電阻和第一最大電流水平。所述損耗模式晶體管包括源電極、柵電極和漏電極。電子元件進一步包括增強模式晶體管，該增強模式晶體管具有第二擊穿電壓、第二導(dǎo)通電阻和第二最大電流水平。所述增強模式晶體管包括源電極、柵電極和漏電極，其中所述損耗模式晶體管的源電極電連接到所述增強模式晶體管的漏電極，并且所述損耗模式晶體管的柵電極電耦合到所述增強模式晶體管的源電極。而且，所述第二導(dǎo)通電阻小于所述第一導(dǎo)通電阻，并且所述第二最大電流水平低于所述第一最大電流水平。