具有分布式栅极的功率晶体管制造技术

技术编号:15530234 阅读:192 留言:0更新日期:2017-06-04 17:23
公开了一种电子电路。电子电路包括分布式功率开关。在一些实施例中,电子电路还包括分布式栅极驱动器、分布式栅极下拉装置、分布式二极管以及低电阻栅极和/或源极连接结构中的一个或多个。还公开了包括该电路的电子组件以及制造该电路的方法。

Power transistor with distributed gate

An electronic circuit is disclosed. The electronic circuit includes a distributed power switch. In some embodiments, the electronic circuit also includes a distributed gate driver, a distributed gate pull-down device, a distributed diode, and one or more of the low resistance gate and / or source connection structures. An electronic assembly including the circuit and a method of manufacturing the circuit are also disclosed.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有分布式栅极的功率晶体管相关申请的交叉引用本申请要求于2014年8月20日提交的名称为“POWERTRANSISTORWITHDISTRIBUTEDSCHOTTKYDIODEANDLOWRg”的美国临时专利申请序列No.62/039,742的权益,其全部内容通过引用并入本文。
本专利技术一般涉及晶体管,且具体来说涉及在基于GaN的技术中形成的功率晶体管。
技术介绍
诸如计算机、服务器和电视等电子装置采用一个或多个电力转换电路以将一种形式的电能转换成另一种形式的电能。这种转换的效率对于避免能量浪费和减少废热生成是至关重要的。需要高频切换的电路拓扑的示例是半桥转换器。转换器电路需要具有更高速度和效率的新组件以满足新电子装置的需要。此外,需要能够非常快速地切换的功率晶体管,以使频率增加而不损失效率。高频切换将减小电力电子系统的尺寸和成本。然而,常规装置依赖于在芯片外部的驱动器,并且通常也依赖于容纳功率晶体管的封装。此外,芯片上互连的敷设是低效的,导致通常在1-10欧姆的范围内的栅极电阻,这限制了切换速度和效率。GaN技术使得功率晶体管被设计成比常规硅装置小得多,并且电容可以减少10-20倍。由此,GaN装置切换非常快,这可能难以用常规栅极驱动电路来控制。重要的是使驱动器和功率晶体管之间的阻抗减小到尽可能低,以使得能够良好控制切换操作。
技术实现思路
一个专利技术方面是一种电子电路。电子电路包括:包括GaN的衬底;以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个子晶体管,并且其中每个子晶体管包括栅极、源极和漏极。电子电路还包括形成在衬底上的分布式驱动电路,其中分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到分布式功率开关的子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。另一个创造性方面是一种电子组件,其包括封装基座,以及固定到封装基座并包括电子电路的至少一个基于GaN的管芯。电子电路包括:包括GaN的衬底,以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个子晶体管,并且其中每个子晶体管包括栅极、源极和漏极。电子电路还包括形成在衬底上的分布式驱动电路,其中分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到分布式功率开关的子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。另一个创造性方面是一种电子电路。电子电路包括:包括GaN的衬底,以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极、源极和漏极。电子电路还包括形成在衬底上的分布式下拉晶体管,其中分布式下拉晶体管包括多个下拉子晶体管,其中每个下拉子晶体管包括栅极、源极和漏极。下拉子晶体管的栅极电连接在一起,下拉子晶体管的源极均连接到一个或多个对应的功率子晶体管的源极,并且下拉子晶体管的漏极均连接到对应的功率子晶体管的栅极。另一个创造性方面是一种电子组件,包括封装基座,以及固定到封装基座并包括电子电路的至少一个基于GaN的管芯。电子电路包括:包括GaN的衬底,以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极、源极和漏极。电子电路还包括形成在衬底上的分布式下拉晶体管,其中分布式下拉晶体管包括多个下拉子晶体管,其中每个下拉子晶体管包括栅极、源极和漏极。下拉子晶体管的栅极电连接在一起,下拉子晶体管的源极均连接到一个或多个对应的功率子晶体管的源极,并且下拉子晶体管的漏极均连接到对应的功率子晶体管的栅极。另一个创造性方面是电子电路。电子电路包括:包括GaN的衬底,以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极电极、源极电极和漏极。电子电路还包括连接到功率子晶体管的栅极电极的第一导体、连接到功率子晶体管的源极电极的第二导体以及与第二导体的至少一部分重叠的第三导体,其中第三导体包括通过一个或多个通孔连接到第二导体的第一部分,以及通过一个或多个通孔连接到第一导体的第二部分。电子电路还包括与第三导体的第二部分重叠并且通过第三导体的第二部分连接到第一导体的第四导体,其中第四导体具有至少2微米的厚度。另一个创造性方面是一种电子组件,包括封装基座,以及固定到封装基座并包括电子电路的至少一个基于GaN的管芯。电子电路包括:包括GaN的衬底,以及形成在衬底上的分布式功率开关,其中分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极电极、源极电极和漏极电极。电子电路还包括连接到功率子晶体管的栅极电极的第一导体、连接到功率子晶体管的源极电极的第二导体以及与第二导体的至少一部分重叠的第三导体,其中所述第三导体包括通过一个或多个通孔连接到第二导体的第一部分以及通过一个或多个通孔连接到第一导体的第二部分。电子电路还包括与第三导体的第二部分重叠并且通过第三导体的第二部分连接到第一导体的第四导体,其中第四导体具有至少2微米的厚度。附图说明图1是半桥电力转换电路的简化示意图。图2是分布式晶体管的示意图。图3A和3B是分布式晶体管的布局的实施例的一部分的示意图。图4A-4D是分布式晶体管的布局的实施例的一部分的示意图。图5是具有分布式驱动器或驱动器输出级的分布式晶体管的示意图。图6是分布式晶体管和分布式驱动器或驱动器输出级的布局的实施例的一部分的示意图。图7是已经修改为包括低侧下拉FET和高侧下拉FET的半桥电力转换电路的简化示意图。图8是具有分布式晶体管和分布式下拉FET的电路的示意图。图9是图8的电路的布局的实施例的示意图。图10是具有分布式晶体管和下拉FET、分布式下拉FET驱动器和分布式晶体管驱动器的电路的示意图。图11是包括驱动晶体管、下拉FET和反相器的电路的示意图。图12是已经修改为包括钳位二极管的半桥电力转换电路的简化示意图。图13是具有分布式晶体管和分布式二极管的电路的示意图。图14是图13的电路的布局的实施例的一部分的示意图。图15是图14所示部分的截面的示意图。图16是图14所示部分的截面的示意图。图17是示出形成与分布式驱动器集成的分布式晶体管的方法的实施例的流程图。图18是示出形成第一和第二分布式晶体管的方法的实施例的流程图。图19是示出形成第一和第二分布式晶体管的方法的实施例的流程图。图20是示出形成分布式晶体管的方法的实施例的流程图。具体实施方式本专利技术的某些实施例在使用一个或多个氮化镓(GaN)装置的半桥电力转换电路中实施。虽然本专利技术可用于各种各样的电路,但是利用集成驱动器电路、集成电平移位电路、集成自举电容器充电电路、集成启动电路和/或使用GaN和硅装置的混合解决方案使得本专利技术的一些实施例对于设计成在高频和/或高效率操作的半桥电路特别有用。现在参考图1,在一些实施例中,电路100可以包括一对互补功率晶体管(本文中也称为开关),其由被配置为调节输送到负载的电力的一个或多个控制电路来控制。在一些实施例中,高侧功率晶体管与控制电路的一部分一起设置在高侧装置上,并且低侧功率晶体管与控制电路的一部分一起设置在低侧装置上,如下面更详细地描述的。图1所示的集成半桥本文档来自技高网...
具有分布式栅极的功率晶体管

【技术保护点】
一种电子电路,包括:包括GaN的衬底;形成在所述衬底上的分布式功率开关,其中所述分布式功率开关包括多个子晶体管,并且其中每个子晶体管包括栅极、源极和漏极;以及形成在所述衬底上的分布式驱动电路,其中所述分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到所述分布式功率开关的子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.20 US 62/039,7421.一种电子电路,包括:包括GaN的衬底;形成在所述衬底上的分布式功率开关,其中所述分布式功率开关包括多个子晶体管,并且其中每个子晶体管包括栅极、源极和漏极;以及形成在所述衬底上的分布式驱动电路,其中所述分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到所述分布式功率开关的子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。2.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述分布式功率开关的所述子晶体管根据第一节距间隔开,并且所述分布式驱动电路的所述子驱动器根据第二节距间隔开,并且其中所述第二节距等于所述第一节距的N倍,其中N是整数。3.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述分布式驱动电路的所述子驱动器的输入通过多个导体连接到节点,并且其中所述导体具有基本上相同的阻抗。4.根据权利要求1所述的电子电路,其中所述分布式驱动电路的所述子驱动器的输出通过多个导体连接到所述分布式功率开关的所述子晶体管,并且其中所述导体具有基本上相同的阻抗。5.一种电子组件,包括:封装基座;和至少一个基于GaN的管芯,其固定到所述封装基座并包括电子电路,所述电子电路包括:形成在衬底上的分布式功率开关,其中所述分布式功率开关包括多个子晶体管,并且其中每个子晶体管包括栅极、源极和漏极;以及形成在所述衬底上的分布式驱动电路,其中所述分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到所述分布式功率开关的所述子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。6.根据权利要求5所述的电子组件,其中,所述分布式功率开关的所述子晶体管根据第一节距间隔开,并且所述分布式驱动电路的所述子驱动器根据第二节距间隔开,并且其中所述第二节距等于所述第一节距的N倍,其中N是整数。7.根据权利要求5所述的电子组件,其中所述分布式驱动电路的所述子驱动器的输入通过多个导体连接到节点,并且其中所述导体具有基本上相同的阻抗。8.根据权利要求5所述的电子组件,其中所述分布式驱动电路的所述子驱动器的输出通过多个导体连接到所述分布式功率开关的所述子晶体管,并且其中所述导体具有基本上相同的阻抗。9.一种电子电路,包括:包括GaN的衬底;形成在所述衬底上的分布式功率开关,其中所述分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极、源极和漏极;以及形成在所述衬底上的分布式下拉晶体管,其中所述分布式下拉晶体管包括多个下拉子晶体管,其中每个下拉子晶体管包括栅极、源极和漏极,其中所述下拉子晶体管的栅极电连接在一起,其中所述下拉子晶体管的源极各自连接到一个或多个对应的功率子晶体管的源极,并且其中所述下拉子晶体管的漏极各自连接到对应的功率子晶体管的栅极。10.根据权利要求9所述的电子电路,其中所述分布式功率开关的所述子晶体管根据第一节距间隔开,并且所述分布式下拉晶体管的所述下拉子晶体管根据第二节距间隔开,并且其中所述第一节距等于所述第二节距的N倍,其中N是整数。11.根据权利要求9所述的电子电路,还包括第一分布式驱动器,所述第一分布式驱动器包括多个第一子驱动器,其中所述功率子晶体管的栅极各自与对应的第一子驱动器的输出连接。12.根据权利要求11所述的电子电路,还包括第二分布式驱动器,所述第二分布式驱动器包括多个第二子驱动器,其中所述下拉子晶体管的栅极各自与对应的第二子驱动器的输出连接。13.根据权利要求9所述的电子电路,还包括形成在所述衬底上的分布式驱动电路,其中所述分布式驱动电路包括由多个子驱动器形成的分布式输出级,其中每个子驱动器包括输入和输出,并且其中每个子驱动器的输出连接到所述分布式功率开关的所述子晶体管的一个或多个对应的子晶体管的栅极。14.一种电子组件,包括:封装基座;和至少一个基于GaN的管芯,其固定到所述封装基座并包括电子电路,所述电子电路包括:包括GaN的衬底;形成在所述衬底上的分布式功率开关,其中所述分布式功率开关包括多个功率子晶体管,并且其中每个功率子晶体管包括栅极、源极和漏极;以及形成在所述衬底上的分布式下拉晶体管,其中所述分布式下拉晶体管包括多个下拉子晶体管,其中每个下拉子晶体管包括栅极、源极和漏极,其中所述下拉子晶体管的栅极电连接在一起,其中所述下拉子晶体管的源极各自连接到一个或多个对应的功率子晶体管的源极,并且其中所述下拉子晶体管的漏极各自连接到对应的功率子晶体管的栅极。15.根据权利要求14所述的电子组件,其中所述分布式功率开关的所述子晶体管根据第一节距间隔开,并且所述分布式下拉晶体管的所述下拉子晶体管根据第二节距间隔开,并且其中所述第一节距等于所述第二节距的N倍,其中N是整数。16.根据权利要求14所述的电子组件,其中所述电子电路还包括第一分布式驱动器,所述第一分布式驱动器包括多个第一子驱动器,其中所述功率子晶体管的栅极各自与对应的第一子驱动器的输出连接。17.根据权利要求16所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·M·金泽
申请(专利权)人:纳维达斯半导体股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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