具有谐振晶体管栅极的功率场效应晶体管制造技术

一种半导体场效应晶体管提供了谐振栅极和源极以及漏极，其中谐振栅极以一种或多种预定的频率电磁地谐振。

Power Field Effect Transistor with Resonant Transistor Gate

A semiconductor field effect transistor (FET) provides a resonant gate, source and drain, in which the resonant gate resonates electromagnetically at one or more predetermined frequencies.

【技术实现步骤摘要】
具有谐振晶体管栅极的功率场效应晶体管本申请为分案申请，母案申请的国家申请号为：201180051163.7、进入中国国家阶段日期为：2013年4月23日，专利技术名称为：具有谐振晶体管栅极的功率场效应晶体管。
本专利技术特别涉及场效应晶体管(“FET”)的加长栅极内的无源电路元件的集成，其引起栅极以预定的频率或想要的频段谐振，用以转换通过装置的电流负载。本专利技术总体上涉及完全集成的功率管理模块的功率FET内或为半导体载体一部分的、用于在通过其表面电连接的附加的半导体芯片之间管理数据传送的电路内的谐振晶体管栅极的集成。
技术介绍
功率FET已经成为许多用于在直流-直流变换器、交流-直流逆变器或交流变压器中调节电压和/或电流的功率管理电路中的限制组件。近几十年来，已经针对增加功率FET的输出电流以及转换速度以与集成电路“晶体管收缩”保持同步做出了巨大努力。较小的晶体管增加系统转换速度以及集成电路内的晶体管密度。较高的密度在很大程度上允许更多的晶体管并入单个半导体芯片中，这导致其需要较大的工作电流。类似地，较小的晶体管尺寸还增加工作系统速度。任何不能提供较高的转换速度下的较大电流的组合都导致许多系统“功率不足”。多核微处理器的情况尤其如此，如不能提供所需的合适的较高速度的电流将损害用外部存储器电路实现的可靠的数据传送。由于这种缺陷，处理器核将典型地以25％-30％的利用率工作。当处理器核平行配置时该问题更加严重。例如，16核微处理器阵列将比4核微处理器阵列运行得慢，这是由于其处于充足的功率刷新周期中。因此，通过开发允许任意较高电流以任意较高转换速度转换的功率FET来增加功率效率是令人满意的。虽然较高的转换速度和电流水平对于功率FET有特别的益处，但是允许高于400MHz或特别频段之上的转换速度的方法可以有效用于许多其他FET应用。因此，调谐FET的转换速度和/或电流输出的普遍方法也是令人满意的。具有一个或多个处理器单元的高效率的转换模式功率管理装置的协同定位还通过更短的互连电路降低了总系统功率损耗。因此通过十分靠近计算芯片的协同定位功率管理来改进为处理器核供应的功率的效率的方法和装置对于微处理器阵列的增强的利用率以及高速计算系统改进的工作效率是可以实现并令人满意的。大部分增加功率FET转换速度的方法都集中在减小晶体管栅极电容上。这一般通过将栅极电极制作得较小，并通过在晶体管结内使用更多复杂的电子掺杂质结构来完成。这些现有技术的元件的重要缺点为产生较大量的热量，这是不需要的并且必须适当控制以保护邻近半导体装置的性能。虽然较小的栅极构成较小的电容，但是它们同样增加流经晶体管结的电流密度以获得高电流，该高电流转而将产生的热量增加至阻止接近计算半导体芯片的功率管理的协同定位的水平。较高电流水平通常需要热管理机制加入到系统中来消耗由较高水平的电阻损耗产生的余热。额外或更多复杂的热管理要求增加了成本和整个系统的设计复杂度。现有技术解决方案提出了改进的掺杂质拓扑结构以降低功率FET的晶体管结的导通电阻。然而，所提出的解决方案单独不将导通电阻降低至允许功率管理系统与有源系统装置单片集成或非常接近有源系统装置放置或减轻或消除来自功率管理系统的热管理装置的足够低的水平。这是由分立组件装配的功率管理系统中的独有问题。因此，将功率FET的导通电阻的数量级降低至减轻或消除功率管理装置中的热管理系统的水平也是令人满意的。许多功率管理系统使用在遭受频繁或不可预知的机械冲击的移动平台中。焊点用于将表面贴装的无源组件(电阻器、电容器、电感器)电互连在与一个或多个半导体芯片电通讯的印制电路板上。用于达到现代环境标准的无铅焊料不具有它们替代的铅基焊料的机械完整性。焊料节点中的断裂是移动系统中磁场失效的主要原因。此外，功率管理装置中的焊料节点失效是由于不定期维修导致的装置停止工作的主要原因。因此，通过将全部组件都单片集成在半导体芯片上来消除功率管理系统的焊料节点的方法也是本专利技术有益且令人满意的目的。1.现有技术的说明Yoshimochi，7,459,749B2号美国专利，名称为高速功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，该专利将低电阻层施加在埋在通道内的栅极结构上以增加功率FET的转换速度。迪斯尼(Disney)和格拉博夫斯基(Grabowski)，7,115,958B2号美国专利，名称为用于高转换速度的横向功率MOSFET，该专利教导了横向场效应晶体管的栅极结构内的场板的使用以改进高压功率晶体管内的栅极信号的传播。Saito和Omura，6,967,374B1号美国专利，名称为功率半导体装置，该专利教导了通过使用与肖特基势垒二极管(Schottkybarrierdiodes)并联电连接的功率MOSFET来降低功率转换元件的导通电阻的方法以获得“软转换”工作模式，其中它们公开了MOSFET超结掺杂质结构的各种实施例。帕克(Parker)和唐贺(Tanghe)，6,630,715B2号美国专利，名称为用于高电流和高速工作的非对称MOSFET布置，该专利使用了将源极叠加在漏极和栅极电极之上的多个金属层以将表面FET调整为较高的电流和速度，并且具体地，该专利公开了最小化电容耦合且最大化电流流量以减轻由于电迁移的失效模式的金属布置。帕克斯(Parks)，6,477,065B2号美国专利，名称为谐振栅极驱动器，该专利公开了使用谐振电路驱动一个或多个垂直场效应晶体管的栅极。卡拉福特(Calafut)，6,396,102B1号美国专利，名称为使用沟槽技术实现的场耦合功率MOSFET总线结构，该专利公开了在功率MOSFET的栅极信号总线内应用多个栅极沟槽以抑制热载流子生成，改进栅极信号总线的电压处理能力。Hshieh和So，6,025,230号美国专利，名称为具有通过简化工艺制造的增强强度的高速MOSFET功率装置，该专利公开了制造方法和通过降低栅极电容允许垂直功率FET以较高的转换速度工作的电子掺杂式样。Sakamoto和Yoshida，5,903,034号美国专利，名称为具有绝缘栅极式晶体管的半导体电路装置，该专利教导了电阻、电容和电抗(晶体管/二极管)元件的使用以当两个系统嵌入同一半导体芯片时降低调整功率FET的控制电路内的寄生电容。迈耶(Meyer)等，5,665,618号美国专利，名称为用于形成具有单个窄栅极电极的带间横向谐振隧穿晶体管的方法，该专利公开了在窄间隙纳米结构中使用谐振隧穿工艺以在量子线上形成横向晶体管的量子效应装置。丹斯基(Dansky)等等，5,287,016号美国专利，名称为高速双极场效应晶体管(双-FET)电路，该专利使用了多个晶体管以及互补时钟来获得具有降低的功耗的较高的转换速度。Ballga和Schlect，4,967,243号美国专利，名称为功率晶体管结构高速集成反并联肖特Y型二极管，该专利包含了与晶体管反并联连接的集成肖特二极管以改进恢复特性并通过传导反向电流经过装置来防止正向过冲电压瞬变。内桑森(Nathanson)等等，3,590,343号美国专利，名称为具有除了谐振组件之外的固定位置电浮置栅极电极的谐振栅极晶体管，该专利使用了振动组件，如悬臂来通过机械谐振控制晶体管栅极中的电流调整。埃伯利(Abele本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板上或在基板内形成的蛇形谐振传输线，其特征在于，包含：电传导路径，其折叠以引起相邻传导线部分之间的电磁耦合，形成：沿着耦合的传导线部分的电容负载，其中耦合的传导线部分的一部分内的瞬时电流被定向为与相邻传导线部分内的瞬时电流矢量反并联，以及沿着其他耦合的传导线部分的电感负载，其中耦合的传导线部分的一部分内的瞬时电流被定向为与相邻传导线部分内的瞬时电流矢量并联；以及陶瓷介电材料，其插入耦合的线部分之间以控制沿着蛇形传输线结构的电抗负载，其中，沿着折叠的传导路径分布的电容和电感电抗负载用于调谐蛇形谐振传输线的一个或多个谐振频率。

【技术特征摘要】
2010.08.23 US 61/375,8941.一种在基板上或在基板内形成的蛇形谐振传输线，其特征在于，包含：电传导路径，其折叠以引起相邻传导线部分之间的电磁耦合，形成：沿着耦合的传导线部分的电容负载，其中耦合的传导线部分的一部分内的瞬时电流被定向为与相邻传导线部分内的瞬时电流矢量反并联，以及沿着其他耦合的传导线部分的电感负载，其中耦合的传导线部分的一部分内的瞬时电流被定向为与相邻传导线部分内的瞬时电流矢量并联；以及陶瓷介电材料，其插入耦合的线部分之间以控制沿着蛇形传输线结构的电抗负载，其中，沿着折叠的传导路径分布的电容和电感电抗负载用于调谐蛇形谐振传输线的一个或多个谐振频率。2.根据权利要求1所述的蛇形谐振传输线，其特征在于，其末端是电阻元件。3.根据权利要求1所述的蛇形谐振传输线，其特征在于，其在半导体基板上形成。4.根据权利要求3所述的蛇形谐振传输线，其特征在于，进一步包含线性场效应晶体管栅极部分，以形成具有蛇形谐振栅极电极的谐振栅极晶体管。5.根据权利要求4所述的蛇形谐振栅极电极，其特征在于，进一步包含多个栅极部分，以形成沿着栅极电极的蛇形路径的主要栅极部分和附加的栅极部分。6.根据权利要求5所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：L·皮尔·德罗什蒙，
申请(专利权)人：L·皮尔·德罗什蒙，
类型：发明
国别省市：美国,US