具有第一和第二功率FET的固态双向开关制造技术

本发明专利技术涉及具有第一和第二功率FET的固态双向开关。根据实施例，一种固态双向开关包括彼此反序电连接的第一和第二功率场效应晶体管。第一和第二功率场效应晶体管中的每个都包括源极区域、漏极区域、主体区域、栅极端子、漂移区域、和漂移控制区域，该主体区域与源极区域形成pn结并且具有反型沟道区域，该漂移区域在该主体区域和该漏极区域之间并且具有积累沟道区域，并且该漂移控制区域与该积累沟道区域相邻。该积累沟道区域通过该漂移控制区域可控。该固态双向开关进一步包括与第一和第二功率场效应晶体管的栅极端子连接的控制器。

【技术实现步骤摘要】
本申请为分案申请，其母案的专利技术名称为“具有第一和第二功率FET的固态双向开关”，申请日为2013年7月5日，申请号为201310280717.1。
本文中所述的实施例涉及具有第一和第二功率FET的固态双向开关。
技术介绍
由于随着变化能源供应的增加的对可再生能源供应装置的使用，对控制诸如局部电网的电网（electrical grids）中的负载的需求越来越高。被供应给最终用户的变化能源可以促使负载的选择性接通和断开，从而保持供应和负载之间的平衡。能够通过所谓的智能仪表（smart meters）控制负载，该智能仪表从网络提供商接收信息或者通过用于建筑自动化的总线系统接收信息。按照常规，已经使用具有继电器（relays）的机械开关或者具有诸如闸流晶体管或者TRIAC的双极性装置的电子开关。机械开关在操作时生成噪声，并且因此不适合作为墙内电源插座。机械开关通常位于中央配电箱或者开关盒中。这减少了对于使用总线系统来控制家用电器的灵活性并且增加了接线的复杂性。此外，机械开关具有有限的总操作周期、是易于振动的、当被操作时可能影响其他部件，并且具有有限的开关频率。使用双极性装置的电子开关固有地展示出由于具有大约0.7 V的电压降的pn结而引起功率损耗。与这个固有电压降相关联的功率损耗需要用于散热的装置，该用于散热的装置使得此类电子开关不适合于墙内插座或者不适合于被集成到小空间中具有受限散热的开关。采用高压MOS - FET的电子开关可能是一种替换方式，因为FET具有欧姆电流电压特征并且具有低通态电阻。然而，常规MOS - FET或者使用补偿结构的FET需要大的芯片面积，用于运载16 A的额定电流，该额定电流是用于家用设备的典型值。例如，每个FET将会需要用于16 A的额定电流的大约250 mm2的有效芯片面积、8 mΩ的通态电阻、和650 V的额定阻断电压。这些装置对于在安装轨道上集成或者集成至墙内插座中将会是过大的。需要650 V的高额定阻断电压，这是由于这种高瞬态可能发生在230 V网络的相中。除此之外，半导体开关易于过电流和过电压，这可能由雷击引起。尽管通常提供措施来用于对过电流和电压进行放电，但是此类措施可能不会完全被实现，使TN网络的部分未被保护。即使当由残留电流电路断路器（RCCB）所保护时，当故障电流或者残余电流发生时该断路器使电器断开连接，该开关也必须能够处理过电压，并且必须根据RCCB的截止特性来运载截止电流。如果由于RCCB的高截止电流而使采用FET的开关部分破坏，该开关可能被转移至不明确状况中，其中大的通态电阻引起增加的热量损耗并因此引起高的火灾风险。鉴于上述内容，存在对改进的需要。
技术实现思路
根据实施例，提供了一种固态双向开关，该固态双向开关具有彼此反序（anti - serial）电连接的第一和第二功率场效应晶体管。第一和第二功率场效应晶体管中的每个都包括源极区域；漏极区域；主体区域，其与源极区域形成pn结，并且具有反型沟道区域；栅极端子；漂移区域，其在主体区域和漏极区域之间，并且具有积累沟道区域；漂移控制区域，其与积累沟道区域相邻，其中该积累沟道区域通过漂移控制区域可控。该固态双向开关进一步包括与第一和第二功率场效应晶体管的栅极端子连接的控制器。根据实施例，一种固态双向开关包括第一和第二功率场效应晶体管，均具有源极端子、栅极端子、和漏极端子，其中该第一和第二功率场效应晶体管的源极端子彼此电连接，以形成公共源极节点。固态双向开关进一步包括控制器，该控制器具有与第一和第二功率场效应晶体管的栅极端子电连接的至少一个输出端子、与公共源极节点电连接的参考端子、和第一和第二输入端子。该固态双向开关进一步包括第一非线性电压限制元件，其将第一功率场效应晶体管的漏极端子与控制器的第一输入端子连接；以及第二非线性电压限制元件，其将第二功率场效应晶体管的漏极端子与控制器的第二输入端子连接。根据实施例，固态双向开关包括第一和第二功率场效应晶体管，均具有源极端子、栅极端子、和漏极端子，其中该第一和第二功率场效应晶体管的漏极端子彼此电连接，以形成公共漏极节点。固态双向开关进一步包括控制器，其具有与公共漏极节点电连接的参考端子和至少一个输出端子；第一电平移位器，其将该控制器的至少一个输出端子与该第一功率场效应晶体管的栅极端子连接；以及第二电平移位器，其将该控制器的至少一个输出端子与该第二功率场效应晶体管的栅极端子连接。根据实施例，固态双向开关包括公共引线框架，其包括金属层；第一和第二功率场效应晶体管，均具有源极金属喷镀（metallization）、栅极金属喷镀、和漏极金属喷镀，其中该第一和第二功率场效应晶体管与该公共引线框架的金属层接触；控制器，包括与该公共引线框架的金属层电连接的至少一个参考端子，以及与该公共引线框架的金属层绝缘的输出端子，该控制器用于控制第一和第二功率场效应晶体管。本领域技术人员将在阅读下列详细描述和在察看附图时认识到额外的特征和优点。附图说明图中的部件不必按比例，而是将重点放在说明本专利技术的原理上。此外，在图中，同样的参考数字标明对应的部分。在附图中：图1说明了根据实施例的具有带有公共源极节点的两个功率MOSFET的固态双向开关；图2说明了根据实施例的具有带有公共源极节点的两个功率MOSFET和非线性电压限制元件的固态双向开关；图3说明了根据实施例的具有带有有公共漏极节点的两个功率MOSFET的固态双向开关；图4说明了根据实施例的具有可选无源滤波器元件的双向开关；图5说明了根据实施例的具有带有公共漏极节点的两个功率MOSFET和电压电平移位器的固态双向开关；图6说明了根据实施例的带有用作过电压保护元件的可选可变电阻器的双向开关；图7说明了根据实施例的带有用作过电压保护元件的可选可变电阻器的双向开关；图8说明了根据实施例的双向开关的开关特性；图9A说明如在本文中所述的一个或多个实施例中所使用的被体现为TEDFET的功率MOSFET；图9B说明如在本文中所述的一个或多个实施例中所使用的被体现为EGFET的功率MOSFET；图10说明了根据实施例的具有公共引线框架的固态双向开关；图11A和11B说明了根据实施例的非线性电压限制元件的实施例；图12说明了根据实施例的非线性电压限制元件的各种布局；以及图13说明了根据实施例的非线性电压限制元件的进一步实施例。具体实施方式在以下详细描述中，对形成其一部分的附图做出参考，并且在附图中以说明的方式示出了其中可以实践本专利技术的具体实施例。在这点上，参考正在描述的一个或多个附图的取向，使用方向性术语，诸如“顶部”、“底部”、“前方”、“后方”、“在前”、“在后”等等。因为能够在多个不同取向上定位实施例的部件，所以出于说明的目的使用方向性术语，并且该方向性术语决不是限制的。要理解的是，可以利用其他实施例，并且可以在不偏离本专利技术的范围的情况下做出结构或逻辑改变。因此，下列详细描述不以限制意义来进行，并且本专利技术的保护范围是由所附权利要求所限定的。将使用特定语言来描述实施例，这些实施例不应该被解释为限制所附权利要求的范围。如本说明书中所使用的术语“横向”意图描述平行于半导体衬底的主表面的取向。如本说明书中所使用的术语“垂直”意图描述垂直于半导体衬底的主表面布置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态双向开关，包括：公共引线框架，其包括金属层；第一和第二功率场效应晶体管，其每个都包括源极金属喷镀、栅极金属喷镀、和漏极金属喷镀，所述第一和第二功率场效应晶体管的所述漏极金属喷镀与所述公共引线框架的所述金属层接触；以及控制器，其包括至少一个参考端子和输出端子，所述参考端子与所述公共引线框架的所述金属层电连接，并且所述输出端子从所述公共引线框架的所述金属层绝缘并且可操作成控制所述第一和第二功率场效应晶体管。

【技术特征摘要】
2012.07.05 US 13/5418761.一种固态双向开关，包括：公共引线框架，其包括金属层；第一和第二功率场效应晶体管，其每个都包括源极金属喷镀、栅极金属喷镀、和漏极金属喷镀，所述第一和第二功率场效应晶体管的所述漏极金属喷镀与所述公共引线框架的所述金属层接触；以及控制器，其包括至少一个参考端子和输出端子，所述参考端子与所述公共引线框架的所述金属层电连接，并且所述输出端子从所述公共引线框架的所述金属层绝缘并...

【专利技术属性】
技术研发人员：M菲尔德沃斯，A毛德，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT