氮化镓器件和集成电路的栅极驱动电路及电压调节器制造技术

本发明专利技术实施例提供一种氮化镓器件和集成电路的栅极驱动电路及电压调节器，采用氮化镓HEMT技术实现的电压稳定和调压电路能够提供稳定的输出电压，适用于氮化镓功率晶体管栅极驱动器和氮化镓集成电路的低压辅助电源等应用。栅极驱动器和电压调节器模块包括至少一个串联连接在一起的DHEMT和至少两个EHEMTs，以便至少一个DHEMT作为可变电阻工作，并且至少两个EHEMTs作为限制输出的齐纳二极管工作。栅极驱动器和电压调节器模块可以实现作为一个氮化镓集成电路，并且可以在单个芯片上与放大器和功率HEMT等其他组件整体集成，以提供氮化镓HEMT功率模块集成电路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氮化镓器件和集成电路的栅极驱动电路及电压调节器相关申请本申请要求于2018年6月27日提出的第62/690,378号美国专利申请以及于2018年7月6日提出的第62/694,663号美国专利申请的优先权，上述两个美国专利申请的公开内容以引用方式全文并入于此本申请中。
本专利技术涉及氮化镓基电力电子器件及集成电路。更具体的说，本专利技术有关氮化镓功率器件栅极驱动及电压调节器及其在氮化镓集成电路中的实现。
技术介绍
得益于优越的材料特性，例如高击穿电场，高电子饱和速率及在可用的二维电子气(2DEG)沟道中的高电子迁移率，宽禁带氮化镓基电力电子器件在下一代高效率功率器件中的作用越来越大。有了这项技术，在电力电子系统中可以实现高功率密度及高效率。目前，可用的氮化镓平台包括硅基氮化镓、蓝宝石衬底的氮化镓和氮化镓衬底上的氮化镓。无论采用何种基片材料，一个共同常见的挑战是栅极驱动电压的失配，远低于同类型的硅基器件，这使得在现有的功率电力电子系统中直接替换硅基MOSFET或IGBTS变得困难。较低的栅极驱动电压使氮化镓器件抗驱动电压噪声的能力降本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓(GaN)功率高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅极驱动电路，其特征在于，包括：/n一个接收输入电压的输入点，一个用来输出驱动功率HEMT电压的输出点；/n一个串联电路，包括至少一个氮化镓D模式HEMT(DHEMT)和至少第一和第二个氮化镓E模式HEMTs(EHEMTs)；/n其中：DHEMT的漏极连接到输入点，DHEMT的源极连接到第一EHEMT的漏极和输出点；/nDHEMT的栅极与DHEMT的源极相连；/n第一EHEMT的源极连接到第二EHEMT的漏极；/n第一EHEMT的栅极连接到第一EHEMT的漏极；/n第二EHEMT的源极连接到电路公共端；并且第二EHEMT的栅极连接到第二E...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180627 US 62/690,378;20180706 US 62/694,663;2019一种氮化镓(GaN)功率高电子迁移率晶体管(HEMT)的栅极驱动电路，其特征在于，包括：
一个接收输入电压的输入点，一个用来输出驱动功率HEMT电压的输出点；
一个串联电路，包括至少一个氮化镓D模式HEMT(DHEMT)和至少第一和第二个氮化镓E模式HEMTs(EHEMTs)；
其中：DHEMT的漏极连接到输入点，DHEMT的源极连接到第一EHEMT的漏极和输出点；
DHEMT的栅极与DHEMT的源极相连；
第一EHEMT的源极连接到第二EHEMT的漏极；
第一EHEMT的栅极连接到第一EHEMT的漏极；
第二EHEMT的源极连接到电路公共端；并且第二EHEMT的栅极连接到第二EHEMT的漏极；
其中，栅极驱动电路是在氮化镓集成电路(IC)上实现的，或者使用分立的氮化镓器件实现。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，所述栅极驱动电路提供电压降档和过电压保护以驱动氮化镓功率HEMT。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述至少一个DHEMT作为可变电阻器工作，并且所述至少第一EHEMT和第二EHEMT作为齐纳二极管工作，所述齐纳二极管将输出电压限制在约6V。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述DHEMT、所述至少第一EHEMT和第二EHEMT是低压器件。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述DHEMT至少与所述至少第一EHEMT和第二EHEMT具有不同的沟道长度和/或不同的沟道宽度。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述DHEMT至少与所述至少第一EHEMT和第二EHEMT具有相同的沟道长度。


根据描述权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中所述DHEMT的沟道宽度至少为所述第一EHEMT和第二EHEMT中最小的沟道宽度的17％到25％。


根据权利要求1所述的栅极驱动电路，其特征在于，其中至少所述第一EHEMT和第二EHEMT的沟道宽度相同，并且所述DHEMT:EHEMTs的沟道宽度之比约为1:4.7。


一种氮化镓(GaN)集成电路(IC)电源模块，其特征在于，包括：
根据权利要求1所述的栅极驱动电路；和功率HEMT；
其中，栅极驱动模块和功率HEMT整体集成在一个模具中。


关于权利要求9所述的氮化镓集成电路电源模块，其特征在于，其中：
所述功率HEMT包括至少并联连接在一起的第一高压HEMT和第二高压HEMT；
第一高压HEMT小于第二高压HEMT，以使模具的一个区域不被功率HEMT占据；并且
栅极驱动模块设置在不被功率HEMT占用的模具区域。


一种用于实现氮化镓功率HEMT的栅极驱动电路的方法，其特征在于，包括：
提供接收输入电压的输入点以及输出电压以驱动功率HEMT的输出点；
将至少一个氮化镓DHEMT和至少第一氮化镓EHEMT和第二氮化镓EHEMT串联在一起；其中：
DHEMT的漏极连接到输入点，DHEMT的源极连接到第一EHEMT的漏极和输出点；
DHEMT的栅极与DHEMT的源极相连；
第一EHEMT的源极连接到第二EHEMT的漏极；
第一EHEMT的栅极连接到第一EHEMT的漏极；
第二EHEMT的源极连接到电路公共端；并且
第二EHEMT的栅极连接到第二EHEMT的漏极；并且在氮化镓集成电路上实现栅极驱动电路。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述栅极驱动电路提供电压降档和过压保护以驱动所述氮化镓功率HEMT。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括：
将所述DHEMT作为可变电阻器工作，以及将所述至少第一EHEMT和第二EHEMT作为齐纳二极管工作，所述齐纳二极管将输出电压限制在约6V。


如权利要求11所述的方法，其特征在于，其中该DHEMT及该至少第一EHEMT及第二EHEMTs是低压装置。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述DHEMT和所述至少第一EHEMT和第二EHEMT具有不同的沟道长度和/或不同的沟道宽度。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述DHEMT和所述至少第一EHEMT和第二EHEMT具有相同的沟道长度。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述DHEMT的沟道宽度为所述至少第一EHEMT和第二EHEMT中最小的沟道宽度的17％到25％。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，其中所述至少第一EHEMT和第二EHEMT的沟道宽度相同，并且所述DHEMT:EHEMTs的沟道宽度比约为1:4.7。


根据权利要求11所述的方法，其特征在于，包括将栅极驱动器与功率HEMT在单个氮化镓模具中整体集成。


根据权利要求19所述的方法，其特征在于，其中：
所述功率HEMT使用至少第一高压HEMT和第二高压HEMT并联连接在一起实现；
其中，第一高压HEMT小于第二高压HEMT以使模具的一个区域不被功率...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湛明，傅玥，刘雁飞，
申请(专利权)人：李湛明，傅玥，刘雁飞，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA