氮化镓开关器件及开关管及电子设备制造技术

本申请公开了一种氮化镓开关器件及开关管及电子设备。所述开关器件包括氮化镓晶体管和开关管；所述开关管与所述氮化镓晶体管连接以控制所述氮化镓晶体管；所述氮化镓开关器件还包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；所述开关器件电流采样端用于采集所述开关器件的电流；所述接地部用于将所述氮化镓晶体管和所述开关管共同连接至地。所述开关管包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；所述开关器件电流采样端用于采集所述开关管的电流；所述接地部用于将所述开关管连接至地。所述电子设备包括所述开关器件。本申请可提高电子设备的开关速度，提高可靠性以及减少外接电流采样电阻带来的功耗，可进一步提高效率。

Gallium nitride switching devices, switches and electronic equipment

【技术实现步骤摘要】
氮化镓开关器件及开关管及电子设备
本申请涉及开关器件
，特别涉及一种氮化镓开关器件及开关管及电子设备。
技术介绍
在电力电子电器设备中，高效的电力转换是实现环保节能的重要手段。高效电力转换是通过高效的开关器件来实现的。自从硅晶体管出现以来，人们一直在不断地寻找更加高效的开关器件；尤其是如今进入5G时代，具有高效率、高功率密度是现代开关电源的发展趋势。提高开关频率可以有效减小无源器件的尺寸。传统的硅(Si)材料的功率器件性能已逐渐到了瓶颈，从以硅为材料的晶体管BJT(BipolarJunctionTransistor，双极结型晶体管)、场效应管MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)、栅极控制的晶体管IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)以及二极管等，再到如今日益发展的第三代宽禁带半导体材料氮化镓(GaN)为基础的开关器件，第三代氮化镓器件宽禁带半导体器件中的氮化镓功率器件相对于硅材料的MOSFET具有更小的导通阻抗，可以承受更高的开关频率。氮化镓具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、高的化学稳定性(几乎不被任何酸腐蚀)和强的抗辐照能力等性质，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。目前氮化镓器件主要有三类：以蓝宝石为衬底的蓝宝石基氮化镓器件、以碳化硅(SiC)为衬底的氮化镓器件和以硅为衬底的硅基氮化镓器件。其中，硅基氮化镓器件由于具有低成本的优势而备受关注；但因为硅和氮化镓的异质结构，限制了可靠性和良品率，因此还没有得到大规模量产的应用；此外，硅基氮化镓器件成本也远高于传统的硅基器件。目前，氮化镓器件主要聚焦在增强型氮化镓器件和级联氮化镓器件。增强型氮化镓器件就是简单的通过门极(Gate)直接加电压控制漏极-源极(Drain-Source)。级联氮化镓器件就是一个JFET(JunctionField-EffectTransistor，结型场效应晶体管)氮化镓器件串联一个低压MOSFET晶体管；通过控制低压MOSFET晶体管的开通和关断，可控制漏极-源极(Drain-Source)。级联氮化镓器件的可靠性比较高。图1是目前一款典型的氮化镓器件的结构图。氮化镓器件(氮化镓晶体管)串接一个低压N型MOSFET晶体管(NMOS晶体管)。参考图2，其中NMOS晶体管是垂直结构的MOS晶体管，源极(Source)需要透过穿孔(VIA)连接到端口，再通过打线(WireBonding)的形式相接。图3示出一种典型的级联氮化镓器件的结构。图4示出一种典型的氮化镓器件应用电路。图中是典型的反激电路拓扑图。PWM(Pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)控制器通过其门极(GATE)输出信号驱动开关器件；其中，开关器件是氮化镓器件。氮化镓器件包括门极G、漏极D以及源极S；漏极D接到变压器T1；氮化镓器件的门极G接到PWM控制器的门极G；氮化镓器件的源极S接到一个电流采样电阻，再接到PWM控制器的电流采样引脚Isense，PWM控制器的引脚Vcc提供PWM控制器所需的电源。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本申请的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本申请提出一种氮化镓开关器件及开关管及电子设备，可避免外接电流采样电阻带来的功耗，可提高器件的效率。在第一方面，本申请提供一种氮化镓开关器件，包括氮化镓晶体管和开关管；所述开关管与所述氮化镓晶体管连接以控制所述氮化镓晶体管；所述氮化镓开关器件还包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；所述开关器件电流采样端用于采集所述开关器件的电流；所述接地部将所述氮化镓晶体管和所述开关管共同连接至地。在一些优选的实施方式中，所述接地部为接地基板；所述氮化镓晶体管和所述开关管均置于所述接地基板上且均与所述接地基板连接。在一些优选的实施方式中，所述氮化镓晶体管和所述开关管均置于所述接地基板上且均与所述接地基板连接具体为：所述氮化镓晶体管的门极位于衬底的底部，所述氮化镓晶体管的衬底与所述接地基板连接，所述开关管的衬底与所述接地基板连接。在一些优选的实施方式中，所述氮化镓开关器件还包括门极引脚、漏极引脚、开关器件电流采样引脚和接地引脚；所述门极引脚与所述氮化镓开关器件的门极连接；所述漏极引脚与所述漏极连接；所述开关器件电流采样引脚与所述开关器件电流采样端连接；所述接地引脚与所述接地部连接。在一些优选的实施方式中，所述开关管的源极与所述开关管的漏极之间可形成第一导通通道；所述氮化镓晶体管的源极与所述氮化镓晶体管的漏极之间可形成第二导通通道；所述第一导通通道可与所述第二导通通道导通；所述开关器件电流采样端可与所述第一导通通道和所述第二导通通道导通。在一些优选的实施方式中，所述第一导通通道可与所述第二导通通道导通具体为：所述开关管的漏极与所述化镓晶体管的源极连接。在一些优选的实施方式中，所述开关器件电流采样端可与所述第一导通通道和所述第二导通通道导通具体为：所述开关器件电流采样端为所述开关管的源极，所述开关器件电流采样引脚与所述开关管的源极通过打线连接。在一些优选的实施方式中，所述氮化镓开关器件的门极为所述开关管的门极；所述开关管的门极通过打线连接至所述门极引脚；所述氮化镓开关器件的漏极为所述氮化镓晶体管的漏极；所述氮化镓晶体管的漏极通过打线连接至所述漏极引脚。在一些优选的实施方式中，所述开关管为MOSFET晶体管；所述MOSFET晶体管为N沟道MOSFET晶体管；所述N沟道MOSFET晶体管为平面结构的MOSFET晶体管。在第二方面，本申请提供一种开关管，包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；所述开关器件电流采样端用于采集所述开关管的电流；所述接地部与所述开关管的衬底连接，用于将所述开关管连接至地。在一些优选的实施方式中，所述漏极与所述接地部之间连接有内置电阻。在一些优选的实施方式中，所述接地部为接地基板；所述开关器件电流采样端为所述开关管的源极；或者，所述漏极与所述开关管的源极连接，所述开关器件电流采样端为所述开关管的源极。在一些优选的实施方式中，所述开关管的具体形式包括氮化镓晶体管和MOSFET晶体管。在一些优选的实施方式中，所述MOSFET晶体管为N沟道MOSFET晶体管；所述N沟道MOSFET晶体管为平面结构的MOSFET晶体管。在第三方面，本申请提供一种电子设备，包括上述氮化镓开关器件。在一些优选的实施方式中，所述电子设备还包括具有门极的脉冲宽度调制控制器；所述门极用于与所述脉冲宽度调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓开关器件，其特征在于：/n包括氮化镓晶体管和开关管；/n所述开关管与所述氮化镓晶体管连接以控制所述氮化镓晶体管；/n所述氮化镓开关器件还包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；/n所述开关器件电流采样端用于采集所述氮化镓开关器件的电流；/n所述接地部用于将所述氮化镓晶体管和所述开关管共同连接至地。/n

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓开关器件，其特征在于：
包括氮化镓晶体管和开关管；
所述开关管与所述氮化镓晶体管连接以控制所述氮化镓晶体管；
所述氮化镓开关器件还包括门极、漏极、开关器件电流采样端和接地部；
所述开关器件电流采样端用于采集所述氮化镓开关器件的电流；
所述接地部用于将所述氮化镓晶体管和所述开关管共同连接至地。


2.根据权利要求1所述的氮化镓开关器件，其特征在于：
所述接地部为接地基板；
所述氮化镓晶体管和所述开关管均置于所述接地基板上且均与所述接地基板连接。


3.根据权利要求2所述的氮化镓开关器件，其特征在于所述氮化镓晶体管和所述开关管均置于所述接地基板上且均与所述接地基板连接具体为：所述氮化镓晶体管的门极位于衬底的底部，所述氮化镓晶体管的衬底与所述接地基板连接，所述开关管的衬底与所述接地基板连接。


4.根据权利要求1所述的氮化镓开关器件，其特征在于：所述氮化镓开关器件还包括门极引脚、漏极引脚、开关器件电流采样引脚和接地引脚；
所述门极引脚与所述氮化镓开关器件的门极连接；
所述漏极引脚与所述漏极连接；
所述开关器件电流采样引脚与所述开关器件电流采样端连接；
所述接地引脚与所述接地部连接。


5.根据权利要求4所述的氮化镓开关器件，其特征在于：
所述开关管的源极与所述开关管的漏极之间可形成第一导通通道；
所述氮化镓晶体管的源极与所述氮化镓晶体管的漏极之间可形成第二导通通道；
所述开关管的漏极与所述化镓晶体管的源极连接，以所述第一导通通道可与所述第二导...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑俊杰，张程龙，李律，
申请(专利权)人：华源智信半导体深圳有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44