【技术实现步骤摘要】
本申请涉及esd保护，具体而言是涉及一种gan增强型功率器件的双向esd保护方法、电路及双栅器件。
技术介绍
1、静电释放（electro-static discharge，简称esd）是指两个具有不同电势的物体间的静电电荷传输。据调查，导致集成电路功能失效的诸多原因中，esd已成为最常见原因之一，全球每年因esd对电子产品所造成的损失高达百亿美金之多。因此，半导体器件的esd防护设计不可忽视，这对gan增强型功率器件尤其如此。
2、一方面，由于gan增强型功率器件的栅极采用肖特基金属接触，其栅极最大耐受电压极低，即长时间直流电压小于7v ,瞬态电压小于12v ,导致其器件自身对静电放电事件即esd事件的抵御能力较差。对gan增强型功率器件的现有esd测试表明，其栅极极易受esd的危害。随着gan增强型功率器件正在被大量研发和应用，其栅极的esd防护设计越发重要。因此，在使用gan增强型功率器件时，一般需要增加esd保护电路；另一方面，由于gan增强型功率器件的阈值电压通常较低，有时栅极加0v电压无法彻底关断器件，此时需要采用负压关断。
3、为了提升gan增强型功率器件的esd能力，现有技术提供了多个解决方案：cn113161345a公开了一种新型的gan基esd防护电路，即图1示出的一种传统gan增强型功率器件的esd保护电路，该esd保护电路主要包含第一钳位二极管串11、第一电阻12和泄放管31，其工作原理如下：当所述gan增强型功率器件40正向正常工作时，第一钳位二极管串11形成压降，泄放管31不开
4、为了实现gan增强型功率器件负压关断，解决上述问题，现有的esd保护电路一般会设置两条独立的泄放电流路径，并通过两个相同尺寸的二极管来限制泄放电流方向。cn109193601a公开了一种esd保护电路，如图2所示，其工作原理如下：当所述gan增强型功率器件40正向正常工作时，第一钳位二极管串11形成压降，正向泄放管31不开启，第二限向二极管34反向关断，反向泄放管32不开启；当所述gan增强型功率器件40出现正向esd事件时，第一钳位二极管串11开启，第一电阻12形成压降且第一限向二极管33正向开启，正向泄放管31开启，第二限向二极管34反向关断，反向泄放管32不开启；当所述gan增强型功率器件40反向关断时，第二钳位二极管串21形成压降，反向泄放管32不开启，第一限向二极管33反向关断，正向泄放管31不开启；当所述gan增强型功率器件40出现反向esd事件时，第二钳位二极管串21开启，第二电阻22形成压降且第二限向二极管34正向开启，反向泄放管32开启，第一限向二极管33反向关断，正向泄放管31不开启。该电路使得总的esd保护电路面积至少为四倍单个泄放管面积，对电路集成产生不利影响。此外，也有通过将两条泄放电流路径合并为一条泄放电流路径，cn115459234a公开了一种esd保护电路以及esd保护电路结构，如图3所示，但总的esd保护电路至少为两倍单个泄放管面积。由于泄放管尺寸决定其防护esd能力，泄放管尺寸通常非常大，导致esd保护电路占用的芯片面积较大。
5、此外，cn217282208u公开了一种esd保护电路与电子设备，该专利（cn217282208u）目的是为了仅用单个泄放管实现双向esd防护，但是忽略了正向和反向误开启的问题，导致受保护的功率管的正压开启和负压关断都受到了影响。参见该专利的说明书附图至图3、图4和图5，当gan增强型功率管正常工作时，其栅极的驱动方式是正压开启，负压关断，正压开启的电压一般在5v左右。此时，反向分压模块中的二极管q2和二极管串m2都处于反偏状态，反偏二极管等效电阻很大，因此反偏的二极管串m2（第二下桥臂单元）分到了大部分的压降，该节点也就是泄放管110的栅极节点，导致受保护的gan增强型功率管的正向栅压加不上，无法开启，违反了esd防护设计中的透明性原则。同样，为了实现负压关断，需要给栅极相对于源极的负压，由于正向分压模块中反偏的二极管串m1的等效电阻大于电阻r1加上反偏的二极管q1, 因此反偏的二极管串m1（第一上桥臂单元）分到了大部分的压降，会导致泄放管110误开启，影响器件正常工作。该专利在正向esd事件下，反向分压模块会先于正常分压模块使得泄放管110开启；在负向esd事件下，正向分压模块会先于反向分压模块使得泄放管110开启，无法通过增减第一上桥臂单元的二极管串m1和第二下桥臂单元的二极管串m2的二极管数量来调控esd触发电压。
6、综上，现有技术中采用双向esd保护电路虽然解决了不能负压关断的问题，但存在着双向esd保护电路占用芯片面积大的问题，不利于电路集成小型化，或者，虽然解决了双向esd保护电路占用芯片面积大的问题，但受保护的功率管的正压开启和负压关断又出现了问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于，针对现有技术采用双向esd保护电路器件负压关断但导致双向esd保护电路占用芯片面积大的问题，提供了一种gan增强型功率器件的双向esd保护方法、电路及双栅器件，其在保证器件正向正常开启和反向正常关断前提下减小保护电路占用芯片面积。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、为了实现上述目的，本专利技术分别提供一种gan增强型功率器件的双向esd保护方法、gan增强型功率器件的双向esd保护电路及双栅开关器件。
4、本专利技术所述的一种gan增强型功率器件的双向esd保护方法，包括设置用于连接受保护的gan增强型功率器件漏极的第一端口和用于连接所述gan增强型功率器件源极的第二端口的步骤，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成esd能量泄放通路，
5、当所述gan增强型功率器件处于正常正压工作状态时，双控开关的一个控制端控制所述双控开关进入并维持关断状态；当所述gan增强型功率器件处于正压工作状态且正向esd事件发生时，双控开关的两个控制端共同控制所述双控开关导通，泄放esd能量；
6、当所述gan增强型功率器件处于正常负压工作状态时，双控开关的另一个控制端控制所述双控开关进入并维持关断状态；当所述gan增强型功率器件处于负压工作状态且正向esd事件发生时，双控开关的两个控制端共同控制所述双控开关导通，泄放esd能量。
7、本专利技术所述的一种gan增强型功率器件的双向esd保护电路，包括：用于连接受保护的gan增强型功率器件栅极的第一端口和用于连接所述gan增强型功率器件漏极的第二端口，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成esd能量泄放通路，所述双控开关采用双栅开关器件，双栅开关器件的第一源极和第二源极分别与所述第一端口及第二端口连接；在所述第一端口与第二端口上并本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种GaN增强型功率器件的双向ESD保护方法，包括设置用于连接受保护的GaN增强型功率器件（40）漏极的第一端口和用于连接所述GaN增强型功率器件（40）源极的第二端口的步骤，其特征在于，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成ESD能量泄放通路，
2.根据权利要求1所述的GaN增强型功率器件的双向ESD保护方法，其特征在于，所述双控开关采用双栅开关器件（30）。
3.一种GaN增强型功率器件的双向ESD保护电路，包括：用于连接受保护的GaN增强型功率器件（40）栅极的第一端口和用于连接所述GaN增强型功率器件（40）漏极的第二端口，其特征在于，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成ESD能量泄放通路，所述双控开关采用双栅开关器件（30），双栅开关器件（30）的第一源极和第二源极分别与所述第一端口及第二端口连接；在所述第一端口与第二端口上并接有正向开启控制组件（10）和反向开启控制组件（20），所述正向开启控制组件（10）包括串联连接的第一二极管串（11）和第一电阻（12），第一二极管串（11）采用1个二极管或串联连接的1个以上的二极管，第一
4.根据权利要求3所述的GaN增强型功率器件的双向ESD保护电路，其特征在于，所述二极管由栅极、源极短接的GaN器件替代。
5.根据权利要求3或4所述的GaN增强型功率器件的双向ESD保护电路，其特征在于，在第一二极管串（11）的任意一端串接电容（14）。
6.根据权利要求3或4所述的GaN增强型功率器件的双向ESD保护电路，其特征在于，在第二二极管串（21）的任意一端串接电容。
7.一种双栅开关器件（30），包括衬底（301），在衬底（301）上自下而上层叠设有缓冲层（302）、沟道层（303）、势垒层（304），其特征在于，在势垒层（304）上分别设有的第一源极（309S1）、第一p型盖帽层（305）、第二p型盖帽层（306）和第二源极（309S2），在第一p型盖帽层（305）和第二p型盖帽层（306）上分别设有的第一栅极（307）和第二栅极（308），并且，势垒层（304）与所述沟道层（303）接触形成异质结沟道（303a）并分别受第一栅极（307）和第二栅极（308）控制，所述第一栅极（307）和第二栅极（308）的逻辑状态为“与门”。
8.根据权利要求7所述的双栅开关器件，其特征在于，第一p型盖帽层（305）至少为pGaN、pAlGaN、pSnO、pOxide中的一种。
9.根据权利要求7所述的双栅开关器件，其特征在于，第二p型盖帽层（306）至少为pGaN、pAlGaN、pSnO、pOxide中的一种。
...【技术特征摘要】
1.一种gan增强型功率器件的双向esd保护方法，包括设置用于连接受保护的gan增强型功率器件（40）漏极的第一端口和用于连接所述gan增强型功率器件（40）源极的第二端口的步骤，其特征在于，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成esd能量泄放通路，
2.根据权利要求1所述的gan增强型功率器件的双向esd保护方法，其特征在于，所述双控开关采用双栅开关器件（30）。
3.一种gan增强型功率器件的双向esd保护电路，包括：用于连接受保护的gan增强型功率器件（40）栅极的第一端口和用于连接所述gan增强型功率器件（40）漏极的第二端口，其特征在于，在第一端口与第二端口之间连接一双控开关以构成esd能量泄放通路，所述双控开关采用双栅开关器件（30），双栅开关器件（30）的第一源极和第二源极分别与所述第一端口及第二端口连接；在所述第一端口与第二端口上并接有正向开启控制组件（10）和反向开启控制组件（20），所述正向开启控制组件（10）包括串联连接的第一二极管串（11）和第一电阻（12），第一二极管串（11）采用1个二极管或串联连接的1个以上的二极管，第一二极管串（11）的阴极与第一电阻（12）的一端连接并连接于双栅开关器件（30）的一个栅极（g1），第一二极管串（11）的阳极连接于所述第一端口，第一电阻（12）的另一端连接于所述第二端口；所述反向开启控制组件（20）包括串联连接的第二二极管串（23）和第二电阻（22），第二二极管串（23）采用1个二极管或串联连接的1个以上的二极管，第二二极管串（23）的阴极与第二电阻（22）的一端连接并连接于双栅开关器件（30）的另一个栅极（g2）...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，马岩锋，李胜，陆伟豪，刘斯扬，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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