一种基于LIGBT的双栅控制采样器件制造技术

本发明专利技术提供一种基于LIGBT的双栅控制采样器件，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底、衬底金属电极、外延氧化层、第二导电类型半导体漂移区、第二导电类型半导体掺杂区、第一导电类型半导体阳极区、第二金属电极、第一导电类型半导体体区、氧化层、金属栅极、第一导电类型半导体体区、第二导电类型半导体阴极区、第一个第二导电类型半导体掺杂区、第一导电类型半导体掺杂区、第二个第二导电类型半导体掺杂区、第一导电类型半导体阴极区、第三金属电极、第四金属电极、第五金属电极、第一金属电极，器件在导通状态可以实现对流经器件的电流进行采样，关断瞬态可以实现对阳极电压的检测，电流采样与电压采样交替进行，且采样精度高，采样比可控。

A LIGBT-based Dual-gate Control Sampling Device

The present invention provides a double gate controlled sampling device based on LIGBT. Its cellular structure includes the first conductive type semiconductor substrate, the substrate metal electrode, the epitaxial oxide layer, the second conductive type semiconductor drift zone, the second conductive type semiconductor doping zone, the first conductive type semiconductor anode zone, the second metal electrode, the first conductive type semiconductor body zone, the oxide layer and gold. It belongs to gate, first conductive type semiconductor body area, second conductive type semiconductor cathode area, first second conductive type semiconductor doping area, first conductive type semiconductor doping area, second conductive type semiconductor doping area, first conductive type semiconductor cathode area, third metal electrode, fourth metal electrode, fifth metal electrode and first metal electrode. The current flowing through the device can be sampled in the on-state, the anode voltage can be detected by turning off the transient state, and the current sampling and voltage sampling can be carried out alternately. The sampling accuracy is high and the sampling ratio is controllable.

【技术实现步骤摘要】
一种基于LIGBT的双栅控制采样器件
本专利技术属于功率半导体器件
，涉及一种基于LIGBT的双栅控制采样器件。
技术介绍
与功率驱动相关的高压、功率集成电路和系统中，都需要对高压、功率集成电路输入/输出性能和负载情况等进行检测，做到对电路和系统的实时保护，满足集成电路和系统的智能化，有效地保证系统正常和可靠地工作。实现高压、功率集成电路及其应用系统的控制是当今国内外的研究热点以及研究科学难点。功率半导体器件在实际应用中面临诸多失效情况，如短路事件以及感性负载下的瞬态电流峰值过冲等，单个模块中器件的损坏将直接影响电路系统的可靠性与稳定性，监测器件工作时稳定性的有效方法是直接测量功率模块中器件的电压和电流并及时反馈。传统采样技术主要是通过外围元器件实现的，如副边反馈采样、电阻、电流镜采样等方法，这些方法都会带来信号采样不可调、采样精度不够、制作成本增加、应用电路体积大等缺点，目前，研究者们开始进行芯片内部采样技术的研究以克服上述缺点，包括电压采样、电流采样、温度采样等。电流采样方面，其他人提出了JFET采样结构，如图1所示，JFET采样器件具有结构简单、采样精度高、可以作为采样和自供电的复用器件等优点。在低电压应用场合，传统结构的JFET采样器件已经可以胜任相关应用，但在高压应用场合，常规JFET采样器件很难满足应用要求，首先，器件耐压不够，考虑到设计时的各方面折中关系，耐压也很难再设计提升；其次，JFET背栅极接地或者固定电位，采样电流漂移区深度决定，无法在应用中时进行调节，即采样不可控；最后，饱和区恒流特性差，非恒流充电会导致自供电电压不稳，从而影响芯片正常工作。但该结构不适合用于高压应用场合。针对传统JFET采样器件的不足，其他人提出了如图2所示的SenseFET结构，该结构在电流采样方面具有更优异的表现：高的电压阻断能力(可以达到700V)、采样电流具有可控性、采样精度高、应用简单(可无外部反馈)，器件在开启周期通过栅极的控制以实现采样电流的可控性，关断周期可以实现芯片自供电。此外，SenseFET在饱和区工作时具有比传统JFET采样器件更好的饱和区恒流特性。然而，该结构不能同时兼具电流采样与电压采样的功能，不能完全满足高压应用的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述芯片内部采样存在的问题，提出一种基于LIGBT的双栅控制采样器件。为实现上述专利技术目的，本专利技术技术方案如下：一种基于LIGBT的双栅控制采样器件，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底1和位于第一导电类型半导体衬底1下表面的衬底金属电极19；所述第一导电类型半导体衬底1上表面具有外延氧化层2；所述外延氧化层2上表面具有第二导电类型半导体漂移区3；所述第二导电类型半导体漂移区3中具有第二导电类型半导体掺杂区4；所述第二导电类型半导体掺杂区4中具有第一导电类型半导体阳极区5，所述第一导电类型半导体阳极区5上表面具有第二金属电极11；所述第二导电类型半导体漂移区3中具有第一导电类型半导体体区13；所述第一导电类型半导体体区13上表面具有氧化层12；所述氧化层12中具有金属栅极14；所述第二导电类型半导体漂移区3中右侧具有第一导电类型半导体体区18；所述第一导电类型半导体体区18中具有第二导电类型半导体阴极区6，第二导电类型半导体阴极区6右侧从左至右依次设置第一个第二导电类型半导体掺杂区7、第一导电类型半导体掺杂区8、第二个第二导电类型半导体掺杂区7、第一导电类型半导体阴极区9；第二导电类型半导体阴极区6和第一个第二导电类型半导体掺杂区7之间设有间隙，第一个第二导电类型半导体掺杂区7、第一导电类型半导体掺杂区8、第二个第二导电类型半导体掺杂区7之间相邻设置，所述第二导电类型半导体阴极区6上表面具有第三金属电极15；所述第二导电类型半导体掺杂区7上表面具有第四金属电极16；所述第一导电类型半导体掺杂区8上表面具有第五金属电极17，所述第一导电类型半导体阴极区9上表面具有第一金属电极10。作为优选方式，第一导电类型半导体为P型半导体，第二导电类型半导体为N型半导体。作为优选方式，第一导电类型半导体为N型半导体，第二导电类型半导体为P型半导体。作为优选方式，第一导电类型半导或第二导电类型半导体为单晶硅、碳化硅或者氮化镓。本专利技术的有益效果为：器件在导通状态可以实现对流经器件的电流进行采样，关断瞬态可以实现对阳极电压的检测，电流采样与电压采样交替进行，且采样精度高，采样比可控。附图说明图1是常规JFET采样结构示意图；图2是SenseFET采样结构示意图；图3是本专利技术的一种基于LIGBT的双栅控制采样器件的二维结构示意图；图4是本专利技术的一种基于LIGBT的双栅控制采样器件的三维结构示意图；图5是二维器件结构的采样原理图；图6是借助仿真器仿真截取的器件通态和关断瞬态各个电极电学参数的变化；图7是本专利技术的基于LIGBT的采样器件电流采样特性示意图；图8是本专利技术的基于LIGBT的采样器件电压采样特性示意图；1为第一导电类型半导体衬底，2为外延氧化层，3为第二导电类型半导体漂移区，4为第二导电类型半导体掺杂区，5为第一导电类型半导体阳极区，6为第二导电类型半导体阴极区，7为第二导电类型半导体掺杂区，8为第一导电类型半导体掺杂区，9为第一导电类型半导体阴极区，10为第一金属电极，11为第二金属电极，12为氧化层，13为第一导电类型半导体体区，14为金属栅极，15为第三金属电极，16为第四金属电极，17为第五金属电极，18为第一导电类型半导体体区，19为衬底金属电极，20为电流采样电极，21为漂移区表面第二导电类型半导体重掺杂区，22为衬底表面第一导电类型半导体重掺杂区，23为第一导电类型半导体体区，24为第一导电类型半导体重掺杂区，25为栅金属电极，26为多晶硅电极。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。本专利技术的一种基于LIGBT的双栅控制采样器件，如图3所示，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底1和位于第一导电类型半导体衬底1下表面的衬底金属电极19；所述第一导电类型半导体衬底1上表面具有外延氧化层2；所述外延氧化层2上表面具有第二导电类型半导体漂移区3；所述第二导电类型半导体漂移区3中具有第二导电类型半导体掺杂区4；所述第二导电类型半导体掺杂区4中具有第一导电类型半导体阳极区5，所述第一导电类型半导体阳极区5上表面具有第二金属电极11；所述第二导电类型半导体漂移区3中具有第一导电类型半导体体区13；所述第一导电类型半导体体区13上表面具有氧化层12；所述氧化层12中具有金属栅极14；所述第二导电类型半导体漂移区3中右侧具有第一导电类型半导体体区18；所述第一导电类型半导体体区18中具有第二导电类型半导体阴极区6，第二导电类型半导体阴极区6右侧从左至右依次设置第一个第二导电类型半导体掺杂区7、第一导电类型半导体掺杂区8、第二个第二导电类型半导体掺杂区7、第一导电类型半导体阴极区9；第二导电类型半导体阴极区6和第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LIGBT的双栅控制采样器件，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底(1)和位于第一导电类型半导体衬底(1)下表面的衬底金属电极(19)；所述第一导电类型半导体衬底(1)上表面具有外延氧化层(2)；所述外延氧化层(2)上表面具有第二导电类型半导体漂移区(3)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中具有第二导电类型半导体掺杂区(4)；所述第二导电类型半导体掺杂区(4)中具有第一导电类型半导体阳极区(5)，所述第一导电类型半导体阳极区(5)上表面具有第二金属电极(11)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中具有第一导电类型半导体体区(13)；所述第一导电类型半导体体区(13)上表面具有氧化层(12)；所述氧化层(12)中具有金属栅极(14)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中右侧具有第一导电类型半导体体区(18)；其特征在于：所述第一导电类型半导体体区(18)中具有第二导电类型半导体阴极区(6)，第二导电类型半导体阴极区(6)右侧从左至右依次设置第一个第二导电类型半导体掺杂区(7)、第一导电类型半导体掺杂区(8)、第二个第二导电类型半导体掺杂区(7)、第一导电类型半导体阴极区(9)；第二导电类型半导体阴极区(6)和第一个第二导电类型半导体掺杂区(7)之间设有间隙，第一个第二导电类型半导体掺杂区(7)、第一导电类型半导体掺杂区(8)、第二个第二导电类型半导体掺杂区(7)之间相邻设置，所述第二导电类型半导体阴极区(6)上表面具有第三金属电极(15)；所述第二导电类型半导体掺杂区(7)上表面具有第四金属电极(16)；所述第一导电类型半导体掺杂区(8)上表面具有第五金属电极(17)，所述第一导电类型半导体阴极区(9)上表面具有第一金属电极(10)。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LIGBT的双栅控制采样器件，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底(1)和位于第一导电类型半导体衬底(1)下表面的衬底金属电极(19)；所述第一导电类型半导体衬底(1)上表面具有外延氧化层(2)；所述外延氧化层(2)上表面具有第二导电类型半导体漂移区(3)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中具有第二导电类型半导体掺杂区(4)；所述第二导电类型半导体掺杂区(4)中具有第一导电类型半导体阳极区(5)，所述第一导电类型半导体阳极区(5)上表面具有第二金属电极(11)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中具有第一导电类型半导体体区(13)；所述第一导电类型半导体体区(13)上表面具有氧化层(12)；所述氧化层(12)中具有金属栅极(14)；所述第二导电类型半导体漂移区(3)中右侧具有第一导电类型半导体体区(18)；其特征在于：所述第一导电类型半导体体区(18)中具有第二导电类型半导体阴极区(6)，第二导电类型半导体阴极区(6)右侧从左至右依次设置第一个第二导电类型半导体掺杂区(7)、第一导电类型半导体掺杂区(8)、第二个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泽宏，杨洋，彭鑫，赵一尚，程然，何云娇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51