过电压保护设备和与过电压保护设备组合的电流隔离器制造技术

本公开涉及过电压保护设备和与过电压保护设备组合的电流隔离器。如果元件暴露在过高的电压下，可能会损坏元件。本文公开了一种设备，其可以与可以暴露于高电压的组件和节点串联放置。如果电压变得过高，则设备可以自主地切换到相对高阻抗状态，从而保护其他组件。

Overvoltage protection device and current flow isolator assembled with overvoltage protection device

The present disclosure relates to an overvoltage protection device and a current isolator that is combined with an overvoltage protection device. If components are exposed to excessive voltage, components may be damaged. A device is disclosed that can be placed in series with components and nodes that can be exposed to high voltage. If the voltage becomes too high, the device can automatically switch to a relatively high impedance state, thereby protecting other components.

【技术实现步骤摘要】
过电压保护设备和与过电压保护设备组合的流电隔离器
本公开涉及基于半导体的过电压保护设备，以及涉及可以用于数据传输方案中的电隔离器，其可以与这种过电压保护设备相关联。本专利技术还涉及包括基于半导体的过电压保护设备的集成电路。
技术介绍
已存在许多电子领域，其中期望将信号(模拟或数字信号)从一个电压域传播到另一个电压域。这样的系统的示例包括功率监视或电动机控制，其中第一电压域中的电压可以参考第一参考电压而高达1200伏或更高，而控制电子设备可能需要与其他系统接口，并且通常在电压域仅为视图伏特，例如5伏特，参考第二参考电压，通常为地。这种布置在图1中示出，其中第一电压域(VDOM1)中的电压在电压V1和电压VREF1之间延伸，并且其中第二电压域(VDOM2)中的电压在电压V2和VREF2之间延伸。这些第一和第二电压域之间的信号传输通常通过隔离器10进行。隔离器10可以在两个电压域之间提供电流隔离。隔离器可以包括光电耦合器，但是其他技术也是可能的，例如如图2所示的电容器12或如图3所示的变压器14。通常，基于电容和变压器的隔离可是优选的，提供在芯片级封装(例如，集成电路形式)中。例如，电容和变压器隔离可以提供在单片集成中或作为芯片尺寸封装(集成电路封装)内的两个或更多个管芯。这种隔离器可以暴露于第一和第二电压域VDOM1和VDOM2之间的全部电压差。在一些情况下，这些电压域可能经受瞬态过电压，使得隔离器必须在其最大电压方面显着超过指定，可在其传输数据的能力上受到损害，否则可能存在设备损坏的风险。此外，在基于变压器的隔离器的情况下，还希望避免作用在线圈内的电压变得太大，这可能产生额外的电应力，导致隔离器内的传输路径故障，即使隔离在两个电压域之间不会失效。例如，在集成电路中形成的变压器中，变压器的节点处的过电压可能引起可能损坏变压器的过量电流。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种保护设备，其被配置为当第一节点和控制节点之间的电位差超过预定值时禁止第一节点和第二节点之间的电流流动，保护设备包括垂直形成的场效应晶体管，其包括在所述第一和第二节点之间的电流流动连通中掺杂以形成第一类型半导体的半导体材料，以及限制性结构，其被设置为限制所述第一类型半导体的传导沟道的空间范围，其中所述限制结构连接到所述控制节点，并且所述限制结构包括远离所述设备的表面定位的第二类型的半导体。本文所公开的保护设备的一个非限制性优点是保护设备可与电流隔离器组合设置，并且保护设备的至少一部分与电流隔离器在相同的基板上。在一些实施方式中，保护设备是结型场效应晶体管的形式。在一个实施例中，结型场效应晶体管操作为耗尽型设备，使得结型场效应晶体管在其控制节点处的电压类似于保护设备的沟道区域内的电压时导通。在本文中，“相似”可以被定义为意味着在小于预定阈值差内。随着保护设备的第一节点处的电压升高，沟道电压也可改变，使得第一和第二节点之间的沟道逐渐变窄，直到其最终被夹断以禁止第一和第二节点之间的电流流动节点。因此，保护设备限制可发生在电流隔离器或连接到保护设备的其它组件或电路上的电压。本文所公开的保护设备的一个非限制性优点是保护设备还可包括在第二节点与控制节点或另一节点之间的集成可控电流路径，其中集成电流路径操作为当第一和第二节点彼此电流流动连通时，例如当沟道电压和控制电压之间的差值低于预定阈值时的高阻抗路径，以及第二节点和第二节点之间的电流流动路径控制节点或另一节点在第一和第二电流节点不处于电流流动连通时变为导通或低阻抗，例如当超过预定电压差时。保护设备还可以与多种集成电路的输入和输出端子/引脚/节点串联设置，以便保护集成电路的组件免受过压或欠压事件。本公开的另一方面是用于过电压保护和电流隔离的保护电路。保护电路包括场效应晶体管，其包括在第一电压域中耦合到高电压节点的漏极。场效应晶体管被布置成夹断场效应晶体管的沟道并且抑制电流以夹断电压流过沟道，其中夹断电压小于高压节点处的电压。保护电路进一步包括耦合在场效应晶体管的源极和第二电压域中的低电压节点之间的电流隔离器，其中低电压节点与比高电压节点低的电压相关联。本专利技术的另一方面是一种包括垂直结型场效应晶体管和电流隔离器的集成电路。垂直结型场效应晶体管具有漏极，源极和夹断电压。垂直结型场效应晶体管被配置为阻挡在漏极之上接收的在夹断电压之上的电压，以便相对于漏极处的电压减小源极处的电压。电流隔离器被配置为从结型场效应晶体管的源极接收信号。附图说明现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述本公开的实施例，其中：图1示意性地示出了用于允许在第一电压域和第二电压域之间的信号传播的电流隔离器；图2示意性地示出了电容性电压隔离器；图3示意性地示出了基于变压器的隔离器；图4示意性地示出了包括构成本公开的实施例的高压阻塞JFET形式的保护设备的不对称保护电路，其与磁耦合隔离器的线圈相关联地设置；图5示意性地示出了非对称保护电路，其中根据本公开的高电压阻塞JFET连接到电容耦合隔离器的端子；图6示意性地示出了对称隔离设备的电路图，其中根据本公开的教导的高电压阻塞JFET设置在磁耦合隔离器的初级和次级绕组上；图7示意性地示出了对称保护设备的电路图，其中根据本公开的教导，与电容性隔离势垒的第一和第二端子相关联地提供高电压阻塞JFET；图8是根据本公开的教导的保护设备的一部分的示意性横截面；图9更详细地示出了图8的设备的上部；图10示意性地示出了根据本公开的教导的设备的最上部分的替代配置；图11示出了根据本公开的教导的设备的最上部分的另一实施例；图12示意性地示出了作为图9中所示的设备内的位置的函数的各种掺杂浓度；图13示出了根据本公开的教导的设备的实施例内的示例性掺杂浓度；图14示出了作为施加到设备的漏极端子的电压的函数的图9的设备内的各个位置处的电压的曲线图；图15更详细地示出了图14的一部分；图16是根据本公开的教导的保护设备的另一实施例的等效电路图；图17示意性地示出了被布置为向磁隔离器提供不对称保护的图16的设备；图18示意性地示出了被布置为向基于电容器的隔离器提供不对称保护的图16的设备；图19示出了示例布置，其中图16所示类型的设备向基于变压器的隔离器提供对称过电压保护；图20示出了示例布置，其中图16所示类型的设备被布置为向电容隔离器提供对称过电压保护；图21a是图16所示的设备的一部分的横截面；图21b示出了图21a所示的结构内的组件的等效位置；图22是图16所示设备的垂直延伸的横截面；图23是通过本公开的另一实施例的横截面；图24是图23所示设备的横截面，横截面垂直于图23的平面。图25示意性地示出了根据本公开的教导的具有与其输入和输出相关联的过电压保护设备的集成电路；图26示意性地示出了根据本公开的教导的保护设备和电流隔离器的另一变型，其中保护设备响应于作用在隔离器上的电压；图27示意性地示出了保护设备的第三区域中的修改的栅极结构，以提供两个独立的夹断区，每个夹断区具有各自的夹断电压；和图28是根据本公开的教导的设备的另一实施例的横截面，示出了并联形成的多个保护设备以产生具有减小的导通电阻的复合设备。具体实施方式某些实施例的以下详细描述呈现了具体实施例的各种描述。然而，本文所描述的创新可以以多种不同的方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于过电压保护和电流隔离的保护电路，所述保护电路包括：场效应晶体管，其包括耦合到第一电压域中的高电压节点的漏极，所述场效应晶体管布置成夹断所述场效应晶体管的沟道并且抑制在夹断电压下通过所述沟道的电流，其中夹断电压小于高电压节点处的电压；和耦合在所述场效应晶体管的源极和第二电压域中的低电压节点之间的电流隔离器，所述低电压节点与比所述高电压节点低的电压相关联。

【技术特征摘要】
2015.11.10 US 14/937,7711.一种用于过电压保护和电流隔离的保护电路，所述保护电路包括：场效应晶体管，其包括耦合到第一电压域中的高电压节点的漏极，所述场效应晶体管布置成夹断所述场效应晶体管的沟道并且抑制在夹断电压下通过所述沟道的电流，其中夹断电压小于高电压节点处的电压；和耦合在所述场效应晶体管的源极和第二电压域中的低电压节点之间的电流隔离器，所述低电压节点与比所述高电压节点低的电压相关联。2.根据权利要求1所述的保护电路，其中，所述场效应晶体管是垂直结型场效应晶体管。3.根据权利要求1所述的保护电路，其中，所述场效应晶体管是包括与所述沟道相反导电类型的掩埋掺杂区的垂直晶体管，所述掺杂区布置成限制所述沟道的空间范围。4.根据权利要求3所述的保护电路，进一步包括在绝缘壁之间的导电材料，所述导电材料被配置为在栅电极和所述掩埋掺杂区域之一之间提供电路径。5.根据权利要求1所述的保护电路，进一步包括双极晶体管，其包括耦合到所述场效应晶体管的源极的集电极。6.根据权利要求1所述的保护电路，其中，所述电流隔离包括磁耦合隔离器或电容耦合隔离器中的一个。7.一种保护设备，其被布置为当所述第一节点和控制节点之间的电位差超过预定值时禁止在第一节点和第二节点之间的电流流动，所述保护设备包括垂直形成的场效应晶体管，以在所述第一和第二节点之间的电流流动连通中形成第一类型的半导体材料，以及限制性结构，其被设置为限制所述第一类型半导体的传导沟道的空间范围，其中所述限制性结构连接到所述控制节点并且所述限制性结构包括远离所述保护设备的表面定位的第二类型的半导体材料。8.根据权利要求7所述的保护设备，其中，所述限制结构与所述第一类型的半导体相互作用以形成结型场效应晶体管。9.根据权利要求7所述的保护设备，其中，所述限制结构包括形成第一和第二掩埋栅极区域的第二类...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·J·考尼，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM