[發明專利]具有多電極控制的高壓器件

有效

• 申請號: 201680036699.4
• 申請日: 2016-06-22
• 公開（公告）號: CN107924918B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: S·R·巴爾;M·D·西曼
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H01L27/098
• 分類號: H01L27/098;H01L29/778
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐東升;王爽

在所描述的示例中，高壓晶體管(HVT)結構(140)使低壓晶體管(LVT)(110)適于高壓環境。HVT結構(140)包括漏極節點(152)、源極節點(154)、控制柵極(156)和場電極(162、164)。漏極節點(152)和源極節點(154)限定導電溝道(163、165)，其中通過控制柵極(156)調節遷移的電荷。當與控制柵極(156)隔離時，場電極(162、164)被配置為響應于場電壓，傳播遷移的電荷。場電極(162、164)被構造和布線以防止與漏極節點(152)、源極節點(154)或控制柵極(156)中的任一個共享電荷。有利地，所隔離的場電極(162、164)使控制柵極(156)與漏極節點和源極節點(152、154)的電容最小化，使得HVT(140)可在高壓環境中以較小的功率損耗和更健壯的性能進行切換。

背景技術

硅基晶體管非常適合于低壓應用。但是在高壓應用(例如，大于100V的供給電壓)中，硅基晶體管的擊穿電壓增加，從而引起硅基晶體管的溝道電阻不成比例地增加。作為結果，大的折衷存在于BV*Ron品質因數中。增加硅基晶體管的擊穿電壓還顯著增加晶體管的器件電容，這通常減慢晶體管的切換效率。

為了解決這些問題，高壓器件可用于具有硅基晶體管的級聯配置中。高壓器件可為高電子遷移率晶體管(HEMT)，諸如氮化鎵(GaN)HEMT。通常，GaN HEMT包括二維電子氣(2DEG)溝道，二維電子氣(2DEG)溝道提供高擊穿電壓，并且實現具有低功率損耗的超高功率密度操作。然而，在切換操作期間，過度的振鈴可發生在硅基晶體管和高壓器件之間。為了抑制振鈴現象，振鈴抑制器可被放置在高壓器件的控制柵極處。

振鈴抑制器可抑制振鈴現象，但是這將增加功率損耗，并且減少級聯配置的切換效率。

發明內容

在所描述的示例中，高壓晶體管(HVT)結構使低壓晶體管(LVT)適于高壓環境。HVT結構包括漏極節點、源極節點、控制柵極和場電極。漏極節點和源極節點限定導電溝道，其中通過控制柵極調節遷移的電荷。當與控制柵極隔離時，場電極被配置為響應于場電壓，傳播遷移的電荷。場電極被構造和布線以防止與漏極節點、源極節點或控制柵極中的任一個共享電荷。有利地，所隔離的場電極使控制柵極與漏極節點和源極節點的電容最小化，使得HVT可在高壓環境中以較少的功率損耗和更健壯的性能進行切換。

附圖說明

圖1示出根據示例實施例的方面的形成在兩個單獨襯底上的示例高壓器件的橫截面視圖。

圖2示出根據示例實施例的方面的形成在單個襯底上的示例高壓器件的橫截面視圖。

圖3A示出根據示例實施例的方面的比較常規高壓器件和所公開的高壓器件之間的接通性能的時序圖。

圖3B示出根據示例實施例的方面的比較常規高壓器件和所公開的高壓器件之間的關斷性能的時序圖。

圖4示出根據示例實施例的方面的比較常規高壓器件和所公開的高壓器件之間的切換功率損耗的時序圖。

具體實施方式

圖1示出根據示例實施例的方面的形成在兩個單獨襯底(例如，112和142)上的示例高壓器件100的橫截面視圖。高壓器件100可適于在高壓環境中實行一個或多個切換(switching)功能。因此，高壓器件100可被布線和配置為高壓開關。例如，高壓器件(HVD)100通常包括低壓晶體管(LVT)110和高壓晶體管(HVT)140。LVT 110和HVT 140可在級聯配置中布線(如圖1所示)，以將HVD 100變換成高壓開關。