芯片上电源制造技术

一种用于从外部信号电路抽取电能以对集成电路二极管（ＩＣＤ）的芯片上元件供电的技术利用了集成的二极管和电容器。在ＩＣＤ阻挡外部电流流动期间，电容器被外部施加电压充电。然后已被充电的电容器充当电池以对芯片上电路供电，从而为ＩＣＤ工作提供有源控制。该ＩＣＤ可被提供为二端分立二极管，或被集成到更大的ＩＣ上。利用低功率逻辑信号触发将提供比该逻辑信号可提供的大得多的栅极驱动的内部电路，前述技术可被用于“自供电的”ＭＯＳＦＥＴ　　ＩＣ（ＩＣＭ）。该电路也可被提供为分立三端元件，或被集成到更大的ＩＣ内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及集成电路半导体二极管和晶体管。
技术介绍
半导体器件趋于分成分立元件和集成电路。分立器件包括单功能元件，例如双极晶体管、结型场效应晶体管、表面场效应晶体管、硅可控整流器等；和某些集成元件，例如绝缘栅双极晶体管。所有分立元件所共有的一个特征是不需要外部电源。近来，一种新形式的分立电路已进入市场，该分立电路是由表面场效应晶体管制成的高效二极管，即集成电路二极管(ICD)。该电路的当前形式(无源形式)不利用任何芯片上驱动电路；然而，当添加外部电源或内部电源时，这些电路通过利用芯片上电路有源地驱动晶体管栅极(有源形式)可显著地改善其性能。由于添加的电路板的复杂性，为该目的而利用外部电源趋于具有较小的吸引力。然而，它具有以下优势，即当抽取板上电源电压所需电荷时不会改变外部信号。在大多数应用中，自供电电路所带来的便利是有优势的。在常用半导体二极管中，正向导通限于漏电流值，直到正向电压偏置达到特定类型的半导体器件的特性值为止。作为实例，硅pn结二极管直到正向偏置电压为约0.6～0.7伏时才显著导通。由于肖特基势垒的特性，许多硅肖特基二极管能在例如0.4伏的较低的电压下开始导通。锗pn结二极管在室温下具有约0.3伏的正向导通电压降。然而，上述器件很少被使用，这不仅是因为它们与硅集成电路制造不相兼容，还因为其温度敏感性和其它不希望有的特性的缘故。在某些应用中，二极管不是由于其整流特性被使用，而总是被正向偏置以提供它们的特征正向导通电压降。例如，在集成电路中，二极管或二极管连接晶体管常常用于提供基本上等于电路中另一晶体管的基极-发射极电压的正向导通电压降。在利用半导体二极管的真正整流特性的电路中，二极管的正向导通电压降通常是一个相当大的缺点。作为具体实例，在DC-DC降压转换器中一般使用变压器，其中由适当的控制器控制的半导体开关周期性地将变压器的初级线圈与直流电源连接和断开。次级电压因其整流特性通过二极管或者通过另一半导体开关连接到转换器的输出。控制器根据需要改变初级线圈与电源连接的占空比或频率以保持所希望的输出电压。如果使用半导体开关以将次级线圈连接到输出，那么该第二开关的操作也由控制器控制；上述开关配置电路的一种形式被称为同步整流器。使用半导体开关以把次级线圈耦接到输出的优点是正向导通电压降很低，缺点是在转换器的整个工作温度范围内需要仔细控制时序以保持能量从初级线圈传输到次级线圈的效率。初级线圈对次级线圈的开关作用的时序是关键性的并且必须考虑变压器和其它元件的相位延迟。显然这些电路的成本是很高的。为上述目的使用半导体二极管的优点是可消除对次级开关的控制的需要，但缺点是会把半导体二极管的正向导通电压降施加于次级电路。这有至少两个极其大的缺点。第一，半导体二极管器件的正向导通电压降会大大降低转换器的效率。例如，通常用在计算机系统中的较新的集成电路被设计成使用例如3.3伏、3伏和2.7伏的较低的电源电压工作。在3伏电源的情况下，施加0.7伏的串联电压降意味着转换器实际上在3.7伏的负荷内工作，由此会将转换器的效率限制为80％，即使在考虑其它电路损耗之前也是如此。第二，上述效率损耗代表二极管内的功率损耗，该功率损耗会在其中产生热。这会限制集成电路转换器的功率转换能力，并且在许多应用中需要使用具有适当尺寸的热沉的分立二极管，从而会增加整个电路的尺寸和成本。显然对正向电压降的任何改善都将对整个电路的性能具有重大影响。另一通常使用的AC-DC转换电路是通常耦接到变压器的次级绕组的全波桥式整流器，该变压器的初级线圈由交流电源驱动。此处两个二极管的电压降被施加在峰值直流输出上，从而会使采用传统二极管的电路的效率特别低，并会增加电路的热产生，上述热产生需要通过大的分立器件、热耗散结构等消散，这取决于要提供的DC功率。因此，具有低正向导通电压降的半导体二极管在电路中用作整流元件是非常有优势的，其中二极管将不时地受到正向偏置电压和反向偏置电压两者的控制。虽然这种二极管的分立形式有许多应用，但是进一步希望这种二极管与集成电路制造技术相兼容以便其能以集成电路的形式被实现并作为更大的集成电路的一部分。此外，虽然反向电流漏泄总是不希望有的并且通常必须由另外的正向导通电流来补偿，由此降低电路效率，但是反向电流漏泄会对某些电路产生其它和更显著的有害影响。因此，还希望这种半导体二极管进一步具有低反向偏置漏电流。无源形式的ICD与肖特基二极管相比可提供更低的正向电压，并在有竞争力的价格下具有增强的可靠性。它们还为同步整流器市场的高电压部分提供有吸引力的替换物；然而，它们不能取代整个同步整流器市场。
技术实现思路
本专利技术提供电路和方法，当被集成到IC内时将提供芯片上电源以运行IC上的控制电路。在IC周期的“关断”部分期间，它从施加信号中抽取电能。例如，在相当于整流器的IC的情况下，在整流器的关断状态期间电路将利用大的反向电压为电源抽取电能。在相当于晶体管(其不使所施加的电压反向)的IC的情况下，当在IC上形成大的偏置时，在“关断”状态期间，电源将抽取其电能。在这些IC的“开启”状态期间，电源将提供电能以驱动可用于产生更导电的“开启”状态和更低泄漏的“关断”状态的控制电路。就ICD来说，正向电压可被大大降低到相当于或优于同步整流器的水平。就表面场效应晶体管IC来说，栅极驱动可被显著增强，从而提供等同于正向电压减少的降低的“开态电阻”。附图说明图1是现有技术ICD的示意图。“信号1”(阴极)和“信号2”(阳极)是对二极管的例如正弦波或方波的标准输入信号。“无源ICD”是相当于二极管的n-沟道MOSFET器件。图2示出了向ICD芯片增加电容器和二极管。这允许电容器充电并充当电池，从而驱动控制电路以运行ICD栅极。图2A示出了和图2相同的原理，只是二极管被移到电容器的另一侧。这会转换读出信号的极性，因此在图2和2A中为符号-和+。图3示出了相同的原理，只是驱动的是金属氧化物半导体场效应晶体管。该集成电路MOSFET(ICM)器件具有对应源极、漏极和栅极的外部输入。图4和4A示出了分别使用+和-读出配置的控制电路。图5示出了与图4和4A中相同类型的驱动电路，只是修改了n-沟道MOSFET。图6示出了p-沟道MOSFET的取样控制电路。具体实施例方式参考图1，其示出了ICD(集成电路二极管)的现有技术示意图。由于栅极连接和耗尽阈值电压的原因，该器件可充当低正向电压二极管。它被专门设计成处理交变极性。显然，通过在导通时允许大大超过漏极电势来驱动栅极，添加的外部电源和控制逻辑将大大增强该器件的功能性。图1所示的器件是n-沟道器件。通常，在传统场效应器件中，当器件开启时本体或背栅(backgate)连接到载荷子源。关于这一点，此处所用的源极和漏极标记指的是，源极是当器件开启或导通时作为载荷子源的区域，以及漏极是具有相同导电类型的另一区域。因此，在导通期间载荷子从源极经过沟道流到漏极。在图1的ICD的情况下，当信号2是比信号1高的电压时发生导通。由于该图示出的是n-沟道器件以及前面对源极和漏极的定义，因此应当注意在无源集成电路二极管(ICD)的情况下，ICD的本体或背栅连接到漏极，而不是源极。ICD特性上还具有略微负的阈值。这样，对于ICD来说，当源极和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成电路，其具有与具有源极、漏极和栅极的场效应晶体管耦接的芯片上电源，该电源包括：电荷存储器件和电流引导器件；电荷存储器件的第一端子连接到场效应晶体管的源极，电荷存储器件的第二端子连接到电流引导器件的阴极，并且电流引导器 件的阳极连接到该晶体管的漏极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：RA梅茨勒，
申请(专利权)人：集成离散设备有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]