功率开关管、电压转换电路及电压转换芯片制造技术

本发明专利技术公开了一种功率开关管、电压转换电路及电压转换芯片。该功率开关管包括深阱层、第一绝缘层、第一栅极、第二栅极、第一极和第二极；第二栅极和第一绝缘层设置于深阱层内，第一绝缘层包覆第二栅极，深阱层还包括过孔，第二栅极通过过孔与外部结构电连接；第一栅极设置于深阱层上；沿深阱层的厚度方向，第一栅极与第二栅极部分交叠；第一极、第一栅极和第二极沿第一方向排布设置，其中，第一方向与深阱层的厚度方向垂直，第二栅极外围包裹有第一绝缘层。可以独立控制第二栅极的电位，以增加第一栅极为米勒电容充电的速率，有效地缩短了功率开关管处于具有功耗阶段的时间，减小了功率开关管的功耗，提高了功率开关管的效率。提高了功率开关管的效率。提高了功率开关管的效率。

【技术实现步骤摘要】
功率开关管、电压转换电路及电压转换芯片


[0001]本专利技术实施例涉及半导体器件领域，尤其涉及一种功率开关管、电压转换电路及电压转换芯片。

技术介绍

[0002]金属氧化物半导体型场效应管 (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET，简称MOS管)作为功率开关管时，可以应用于电压转换电路中，以实现电压转换。示例性地，MOS管可以应用于BUCK电路中，以实现直流电的转换。
[0003]在MOS管应用于电路中时，MOS管的功耗直接影响电路的功耗。现有技术中，MOS管的功耗严重，导致MOS管应用于电路时，电路的效率低下，不利于电能的充分利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种功率开关管、电压转换电路及电压转换芯片，以实现缩短米勒平台时间，降低功率开关管的米勒效应，提高功率开关管的效率。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提供了一种功率开关管，包括深阱层、第一绝缘层、第一栅极、第二栅极、第一极和第二极；
[0006]所述第二栅极和所述第一绝缘层设置于所述深阱层内，所述第一绝缘层包覆所述第二栅极，所述深阱层还包括过孔，所述第二栅极通过所述过孔与外部结构电连接；所述第一栅极设置于所述深阱层上；沿所述深阱层的厚度方向，所述第一栅极与所述第二栅极部分交叠；所述第一极、所述第一栅极和所述第二极沿第一方向排布设置，其中，所述第一方向与所述深阱层的厚度方向垂直，所述第二栅极外围包裹有第一绝缘层。
[0007]进一步的，所述第二栅极包括至少两个，所述深阱层包括至少两个所述过孔；沿所述深阱层的厚度方向，每个所述第二栅极与所述第一栅极部分交叠，每个所述第二栅极通过一所述过孔与所述外部结构电连接。
[0008]进一步的，所述第二栅极包括至少两个，至少两个所述第二栅极电连接后通过所述过孔与所述外部结构电连接，沿所述深阱层的厚度方向，每个所述第二栅极与所述第一栅极部分交叠。
[0009]进一步的，所述功率开关管还包括衬底、阱层、第二绝缘层和有源层；
[0010]所述深阱层设置于所述衬底上，所述阱层设置于所述深阱层内，所述有源层设置于所述阱层内，所述第二绝缘层设置于所述有源层上，所述第一栅极设置于所述第二绝缘层上；
[0011]所述有源层包括第一极区和第二极区；沿所述第一方向，所述第一极区在所述衬底上的垂直投影至少部分位于所述第一栅极在所述衬底上的垂直投影的一侧，所述第二极区在所述衬底上的垂直投影至少部分位于所述第一栅极在所述衬底上的垂直投影的另一侧；所述第一极区与所述第一极接触，所述第二极区与所述第二极接触。
[0012]进一步的，所述第一栅极包括第一连接端子，所述第二极包括第二连接端子，在所
述第一连接端子和所述第二连接端子之间，所述第二绝缘层在第一范围内的整体厚度大于所述第二绝缘层在第二范围内的整体厚度；其中，所述第一范围为所述第一连接端子至所述第一连接端子和所述第二连接端子的中点，所述第二范围为所述第二连接端子至所述第一连接端子和所述第二连接端子的中点。
[0013]第二方面，本专利技术实施例还提供了一种电压转换电路，包括驱动单元和上述的功率开关管；所述驱动单元的第一输出端与所述功率开关管的第一栅极连接，所述驱动单元的第二输出端和第一输入端与所述功率开关管的第二栅极连接，所述驱动单元的第一输入端用于接入控制信号，所述驱动单元的参考信号输入端用于接入参考电压信号；所述驱动单元用于根据所述控制信号控制所述第一栅极的电位，以使所述功率开关管通过所述第一栅极导通；以及在所述第一栅极的电压大于所述参考电压信号时控制所述第二栅极的电位，以使所述功率开关管通过所述第二栅极导通。
[0014]进一步的，所述驱动单元包括第一驱动模块、第二驱动模块和比较模块；
[0015]所述第一驱动模块的输入端用于接入所述控制信号，所述第一驱动模块的输出端与所述第一栅极和所述比较模块的正输入端连接，所述第一驱动模块用于根据所述控制信号控制所述第一栅极的电位；所述比较模块的负输入端用于接入所述参考电压信号，所述比较模块的输出端与所述第二驱动模块的输入端连接，所述第二驱动模块的输出端与所述第二栅极连接；所述比较模块用于根据所述第一栅极的电位和所述参考电压信号形成比较信号，所述第二驱动模块用于根据所述比较信号控制所述第二栅极的电位。
[0016]进一步的，所述参考电压信号满足：
[0017]V
p
＞V
ref
≥V
th
；
[0018]其中，V
th
是所述功率开关管的阈值电压，V
p
是所述功率开关管的米勒平台电压，V
ref
是所述参考电压信号。
[0019]进一步的，所述电压转换电路还包括输入开关管和储能单元，所述输入开关管的栅极与所述驱动单元的第三输出端连接，所述输入开关管的第一极与电源输入端连接，所述输入开关管的第二极与所述功率开关管的第二极和储能单元的第一输入端连接，所述功率开关管的第一极和所述储能单元的第二输入端与固定电位端连接，所述储能单元的输出端作为所述电压转换电路的输出端，所述驱动单元还用于控制所述输入开关管和所述功率开关管分时导通，所述储能单元用于存储和释放电能。
[0020]第三方面，本专利技术实施例还提供了一种电压转换芯片，包括上述的电压转换电路。
[0021]本实施例的技术方案，通过在功率开关管深阱层内设置第二栅极，沿深阱层的厚度方向，第一栅极与第二栅极部分交叠；使得第一栅极与第二栅极交叠部分之间形成电容结构。且第二栅极通过过孔与外部结构电连接，可以实现为第二栅极提供电压。当第一栅极的电位跳变为有效电平时，功率开关管的第一极与第一栅极之间的第一电容大于阈值电压，功率开关管处于导通状态。此时通过第一栅极为功率开关管的第一栅极和第二极之间的米勒电容充电。同时可以使第二栅极通过过孔与外部结构电连接独立控制第二栅极的电位，并通过第二栅极与第一栅极之间的中间电容耦合电荷至米勒电容，以增加第一栅极为米勒电容充电的速率，有效地缩短了功率开关管处于具有功耗阶段的时间，减小了功率开关管的功耗，提高了功率开关管的效率。并且该功率开关管结构简单，生产成本低，有利于大规模推广应用。另外，通过将第二栅极设置于深阱层内，可以避免第二栅极对第一栅极产
生应力释放，保证了第一栅极的稳定性和使用寿命。
附图说明
[0022]图1是现有技术中的MOS管的横截面示意图。
[0023]图2是现有技术中的MOS管的等效模型示意图。
[0024]图3是现有技术中MOS管在不同状态时的电压和电流曲线图。
[0025]图4为本专利技术实施例提供的一种功率开关管的横截面示意图。
[0026]图5为本专利技术实施例提供的一种功率开关管的俯视面示意图。
[0027]图6为本专利技术实施例提供的一种功率开关管在不同状态时的电压和电流曲线图。
[0028本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率开关管，其特征在于，包括深阱层、第一绝缘层、第一栅极、第二栅极、第一极和第二极；所述第二栅极和所述第一绝缘层设置于所述深阱层内，所述第一绝缘层包覆所述第二栅极，所述深阱层还包括过孔，所述第二栅极通过所述过孔与外部结构电连接；所述第一栅极设置于所述深阱层上；沿所述深阱层的厚度方向，所述第一栅极与所述第二栅极部分交叠；所述第一极、所述第一栅极和所述第二极沿第一方向排布设置，其中，所述第一方向与所述深阱层的厚度方向垂直。2.根据权利要求1所述的功率开关管，其特征在于，所述第二栅极包括至少两个，所述深阱层包括至少两个所述过孔；沿所述深阱层的厚度方向，每个所述第二栅极与所述第一栅极部分交叠，每个所述第二栅极通过一所述过孔与所述外部结构电连接。3.根据权利要求1所述的功率开关管，其特征在于，所述第二栅极包括至少两个，至少两个所述第二栅极电连接后通过所述过孔与所述外部结构电连接，沿所述深阱层的厚度方向，每个所述第二栅极与所述第一栅极部分交叠。4.根据权利要求1所述的功率开关管，其特征在于，还包括衬底、阱层、第二绝缘层和有源层；所述深阱层设置于所述衬底上，所述阱层设置于所述深阱层内，所述有源层设置于所述阱层内，所述第二绝缘层设置于所述有源层上，所述第一栅极设置于所述第二绝缘层上；所述有源层包括第一极区和第二极区；沿所述第一方向，所述第一极区在所述衬底上的垂直投影至少部分位于所述第一栅极在所述衬底上的垂直投影的一侧，所述第二极区在所述衬底上的垂直投影至少部分位于所述第一栅极在所述衬底上的垂直投影的另一侧；所述第一极区与所述第一极接触，所述第二极区与所述第二极接触。5.根据权利要求4所述的功率开关管，其特征在于，所述第一栅极包括第一连接端子，所述第二极包括第二连接端子，在所述第一连接端子和所述第二连接端子之间，所述第二绝缘层在第一范围内的整体厚度大于所述第二绝缘层在第二范围内的整体厚度；其中，所述第一范围为所述第一连接端子至所述第一连接端子和所述第二连接端子的中点，所述第二范围为所述第二连接端子至所述第一连接端子和所述第二连接端子的中点。6.一种电压转换电路，其特征在于，包括驱动单元和权利要求1
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5任一项所述的功率开关管；所述驱动单元的第一输出端与所述功率开...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊茂，刘敬东，
申请(专利权)人：上海英联电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：