双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其驱动电路制造技术

本发明专利技术提供了一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其驱动电路,包括主功率单元以及辅助稳定单元，所述主功率单元为第一MOSFETQ

【技术实现步骤摘要】
双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其驱动电路
本专利技术涉及一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其驱动电路。
技术介绍
功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在使用中，漏源电压和电流的剧烈变化通过米勒电容反射，影响栅源电压稳定性。随着材料技术的进步，采用SiC、GaN等宽禁带半导体材料生成的功率MOSFET具有耐压高、开关速度快的优势，然而，这一优势却迫使漏源电压和电流的变化率变得更高，严重挑战着栅源电压的稳定性。目前，对于传统的功率MOSFET，出现了多种技术方法解决栅源电源的稳定性问题，大致可以分为无源类方法和有源类方法。无源类方法，在驱动电路中增加额外无源器件，并进一步降低驱动电路负向偏压，来抑制高漏源电压和电流变化率对栅源电压的影响。非专利文献1公开了额外增加电容元件的方法，抑制栅漏电容的位移电流和共源电感上的电压降造成的栅源电压不稳定现象(参见非专利文献1:IEEEJournalofEmergingandSelectedTopicsinPowerElectronics，7卷，第1期，353-365页)。该类方法在一定程度上可以降低栅极关断阻抗、提高栅源电压震荡阻尼。有源类方法，在驱动电路种增加有源的辅助半导体器件，并通过控制辅助半导体器件，触发谐振现象，达到稳定栅源电压的目的(参见专利文献1:一种SiCMOSFET的栅极串扰抑制电路及驱动电路，申请号201810059420.5；参见专利文献2:驱动电平组合优化的桥臂串扰抑制驱动电路及其控制方法，申请号201610459751.9；参见专利文献3:一种谐振型SiCMOSFET桥臂串扰抑制驱动电路及其控制方法，申请号201811451477.6；参见专利文献4:一种抑制SiCMOSFET桥臂串扰的改进门极驱动装置，申请号201710703079.8)。一般基于谐振机理，调整驱动电路输出阻抗或输出电压，对结电容位移电流进行旁路或抵消。由于PCB线路杂散电感的影响，上述驱动方法难以保证高速开关动作时栅源电压稳定；即便在低速开关动作时，为了实现稳定栅源电压，驱动电路也需要额外增加辅助半导体器件，这就意味着，需要额外增加复杂的逻辑电路，并且为新增辅助管单独供电。需要注意的是，无源类方法，引入的栅源极并联电容增加了开关损耗；增大的负向偏压将会增大SiCMOSFET的栅氧层应力，缩短器件寿命。有源类方法，新增逻辑电路、谐振电容等元件，驱动电路也需要额外增加辅助半导体器件，这就意味着，需要额外增加复杂的逻辑电路，并且为新增辅助管单独供电；有源类方法一般基于谐振机理，由于谐振点随电路杂散参数变化，谐振元件的参数需要针对不同外电路布局在额定工作电压、工作电流条件下进行专门设计，抑制效果不仅严重依赖杂散参数提取精度，而且难以全面兼顾功率MOSFET的工作电压和工作电流的变化，更难以应对突发故障引起的栅极不稳定，器件的鲁棒性和适应性较差。综上，功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)在使用中，为了充分发挥MOSFET的开关速度优势，需要在驱动电路引入复杂的串扰抑制电路，稳定栅源电压。然而，这增大了功率半导体器件使用中的复杂性和成本，同时降低了功率半导体器件的可靠性。实际应用中，急需驱动简单可靠、栅源稳定性强的新型功率半导体器件组合应用方法，让功率MOSFET获得鲁棒免疫高开关速度干扰的能力。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，在于提供一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管及其驱动电路，在较高的漏源电压电流变化率条件下，保持MOSFET栅源电压稳定性，让MOSFET获得鲁棒免疫高开关速度干扰的特性。采用该功率半导体器件的电力电子变换器系统工作，能够可靠工作于更高频率、更高电压的环境。本专利技术之一是这样实现的：一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管，包括主功率单元以及辅助稳定单元，所述主功率单元为第一MOSFETQ1，所述辅助稳定单元为第二MOSFETQ2；所述第一MOSFETQ1的栅极与第二MOSFETQ2芯片的源极相连，之后接出引线设为引脚g1；所述第二MOSFETQ2的栅极与其漏极连接，之后接出引线设为引脚g2；所述第一MOSFETQ1的源极分别接出至少两个引线，，分别设为驱动源极引脚ds1和功率源极引脚ps1，或一个源极s1；所述第一MOSFETQ1的漏极设为引脚d1。进一步地，还包括封装基板，所述第一MOSFETQ1直接焊接在封装基板上；第二MOSFETQ2则先焊接于覆铜陶瓷基板，再焊接到封装基板。进一步地，所述第二MOSFETQ2的栅极与漏极短接后引出到引脚，或者第二MOSFETQ2的栅极与其漏极均通过键合线连接到封装引脚上。进一步地，所述引脚d1采用封装基板流通电流或者通过引线接出至引脚。进一步地，所述第一MOSFETQ1与第二MOSFETQ2为对偶的沟道特性。本专利技术之二是这样实现的：一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管的驱动电路，用于驱动权利要求1至5中任意一项所述的双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管；所述驱动电路包括正向电压偏置VCC、驱动芯片、负向电压偏置VEE、电阻Ron、电阻Roff、电阻R、电容C，所述驱动芯片输出电源负端口连接至负向电压偏置VEE的负极，所述驱动芯片输出电源正端口连接至开通偏置电压VCC的正极，所述驱动芯片的输出端一连接至电阻Ron一端部，所述驱动芯片的输出端二连接至电阻Roff一端部，所述电阻Ron另一端部与电阻Roff另一端部并联后分别连接引脚g2、电容C一端部以及电阻R一端部，所述电阻R另一端部连接至引脚g1，所述引脚ds1分别连接电容C另一端部、负向电压偏置VEE的正极以及正向电压偏置VCC的负极。本专利技术的优点在于：该器件适用于高频、大功率电力电子电能变换领域，如轨道交通功率变流装置、电动汽车电驱和快速充电、新能源发电、5G通信电源等场合。该半导体器件可以在较高的漏源电压电流变化率条件下，保持MOSFET栅源电压稳定性，让MOSFET获得鲁棒免疫高开关速度干扰的特性。采用该功率半导体器件的电力电子变换器系统工作，能够可靠工作于更高频率、更高电压的环境。该功率半导体装置的驱动电路与传统MOSFET的驱动电路具有良好兼容性，无须额外增加复杂的逻辑电路、辅助电路和辅助供电电路。该半导体器件可以比传统器件耐受更高的电压变化率、电流变化率，使得应用该功率半导体器件的电力电子变换器工作在更高频率、更高电压。在高速开关、高电压应力的应用场合，本专利技术是保障功率半导体器件安全运行的重要手段，有利于提高电力电子功率变换器的功率密度，有效促进开关电源的高频化、小型化。附图说明下面参照附图结合实施例对本专利技术作进一步的说明。图1为本专利技术的双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管的俯视图。图2为本专利技术的双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管的剖面图。图3为本专利技术的双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管的电路符号图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：包括主功率单元以及辅助稳定单元，所述主功率单元为第一MOSFET Q

【技术特征摘要】
1.一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：包括主功率单元以及辅助稳定单元，所述主功率单元为第一MOSFETQ1，所述辅助稳定单元为第二MOSFETQ2；
所述第一MOSFETQ1的栅极与第二MOSFETQ2芯片的源极相连，之后接出引线设为引脚g1；
所述第二MOSFETQ2的栅极与其漏极连接，之后接出引线设为引脚g2；
所述第一MOSFETQ1的源极分别接出至少两个引线，分别设为驱动源极引脚ds1和功率源极引脚ps1，或一个源极s1；
所述第一MOSFETQ1的漏极设为引脚d1。


2.如权利要求1所述的一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：还包括封装基板，所述第一MOSFETQ1直接焊接在封装基板上；第二MOSFETQ2则先焊接于覆铜陶瓷基板，再焊接到封装基板。


3.如权利要求1所述的一种双栅型功率金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于：所述第二MOSFETQ2的栅极与漏极短接后引出到引脚，或者第二MOSFETQ2的栅极与其漏极均通过键合线连接到封装引脚上。


4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵天骢，李志君，郑琼林，黄波，王俊兴，
申请(专利权)人：北京交通大学，泰科天润半导体科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11