專利名稱：具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適用于AC-DC開(kāi)關(guān)電源電路的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，屬于功率半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
AC-DC開(kāi)關(guān)電源芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中啟動(dòng)電路101和PWM (PulseWidth Modulation，脈寬調(diào)制)電路102集成在一起作為控制電路103，而功率開(kāi)關(guān)管作為輸出級(jí)。在芯片工作過(guò)程中，控制電路的驅(qū)動(dòng)輸出用來(lái)控制功率開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)用電阻采樣功率開(kāi)關(guān)管的電流，反饋回控制模塊。近年來(lái)，隨著開(kāi)關(guān)電源集成電路的不斷發(fā)展，人們開(kāi)始越來(lái)越追求芯片工作的高效率和低成本，因此需要設(shè)計(jì)新型的半導(dǎo)體裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種易于與低壓控制芯片單片集成的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，旨在提高效率，降低成本。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，特點(diǎn)是:包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻，所述第一晶體管的漏端連接第二晶體管的漏端、第三晶體管的漏端和所述電阻的一端，所述第一晶體管的源端接地，所述第一晶體管的柵端連接第二晶體管的柵端，所述電阻的另一端連接所述第三晶體管的柵端，其特征在于:所述第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均為高壓晶體管，所述電阻通過(guò)在第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的耐壓區(qū)上、或者第一晶體管的耐壓區(qū)上、或者第三晶體管的耐壓區(qū)上繞制而成。進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管是橫向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為橫向高壓晶體管的漂移區(qū)。更進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管是縱向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為縱向高壓晶體管的終端結(jié)構(gòu)區(qū)。更進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻集成在一個(gè)硅片上。更進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述第二晶體管的尺寸小于第一晶體管的尺寸。再進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述電阻是多晶硅電阻。再進(jìn)一步地，上述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，所述第三晶體管是增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或JFET即結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
①本發(fā)明半導(dǎo)體裝置中第一高壓晶體管作為功率開(kāi)關(guān)，第二橫向高壓晶體管作為第一高壓晶體管的電流采樣、第三高壓晶體管和電阻作為啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面積小，成本低，實(shí)現(xiàn)與低壓控制芯片的自隔離；
②第二高壓晶體管尺寸小于第一高壓晶體管，對(duì)第二高壓晶體管的采樣較小電流，通過(guò)電路計(jì)算得到第一高壓晶體管的較大電流，采樣較小電流降低系統(tǒng)損耗；第三高壓晶體管電阻組成啟動(dòng)結(jié)構(gòu)與低壓控制電路連接后，實(shí)現(xiàn)芯片啟動(dòng)功能，并且電路啟動(dòng)后能關(guān)閉第三高壓晶體管，降低系統(tǒng)損耗；
③第三高壓晶體管，采用增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或JFET即結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，適用工藝平臺(tái)范圍寬；電阻由摻雜的多晶硅在耐壓區(qū)上繞制而成時(shí)，能夠降低耐壓區(qū)域表面電場(chǎng)，提升器件的可靠性，并且大大節(jié)省了芯片面積；本發(fā)明半導(dǎo)體裝置將開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、采樣集成在一個(gè)硅片上，實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
圖1是開(kāi)關(guān)電源芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)框 圖2是帶智能功率器件的開(kāi)關(guān)電源芯片結(jié)構(gòu)框 圖3是本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的采樣損耗與傳統(tǒng)電阻采樣對(duì)比示意 圖4是本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置的啟動(dòng)損耗與傳統(tǒng)電阻啟動(dòng)對(duì)比示意 圖5是本發(fā)明的一種帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置實(shí)現(xiàn)方式示意 圖6是本發(fā)明的一種帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置另外一種實(shí)現(xiàn)方式示意圖； 圖7是本發(fā)明的一種帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置又一種實(shí)現(xiàn)方式示意 圖8是本發(fā)明的一種帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置又一種實(shí)現(xiàn)方式示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明半導(dǎo)體裝置，通過(guò)將高壓?jiǎn)?dòng)結(jié)構(gòu)、電流采樣結(jié)構(gòu)與功率開(kāi)關(guān)集成在一起，降低電路啟動(dòng)的損耗和功率管電流米樣損耗；同時(shí)將開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、米樣集成在一個(gè)娃片上，實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本。具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻，其中第一晶體管作為開(kāi)關(guān)，第二晶體管作為第一晶體管的電流采樣，第三晶體管和電阻作為啟動(dòng)結(jié)構(gòu)；第一晶體管的漏端連接第二晶體管的漏端、第三晶體管的漏端和所述電阻的一端，第一晶體管的源端接地，第一晶體管的柵端連接第二晶體管的柵端，電阻的另一端連接所述第三晶體管的柵端，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均為高壓晶體管，電阻通過(guò)在第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的耐壓區(qū)上、或者第一晶體管的耐壓區(qū)上、或者第三晶體管的耐壓區(qū)上繞制而成。其中，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管是橫向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為橫向高壓晶體管的漂移區(qū)。第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管是縱向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為縱向高壓晶體管的終端結(jié)構(gòu)區(qū)。第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻集成在一個(gè)硅片上。第二晶體管的尺寸小于第一晶體管的尺寸。
電阻是多晶硅電阻。第三晶體管是增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或JFET即結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。第三晶體管既可具有負(fù)的閾值電壓，也可具有正的閾值電壓。如圖2所示，M1、M2、M3與Rl為帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置電路，其中SW為高壓端，GATE為輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，SOURCE為開(kāi)關(guān)管Ml的源端接地，SENSE為采樣管M2的源端，連接采樣電阻R2到地，同時(shí)作為采樣信號(hào)輸入到控制電路103。上電過(guò)程中，M3的柵極電壓慢慢升高，當(dāng)其柵源電壓大于其閾值電壓時(shí)，M3導(dǎo)通，經(jīng)過(guò)啟動(dòng)電路101向外界電容充電，同時(shí)啟動(dòng)電路內(nèi)器件與Rl組成負(fù)反饋回路來(lái)控制M3的柵壓，由此穩(wěn)定M3對(duì)外界電容的充電電流，避免其由于電容上電壓的變化以及漏端電壓的變化產(chǎn)生的影響。本發(fā)明帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的一種具體實(shí)現(xiàn)方式如圖5所示，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均采用橫向高壓晶體管。第一晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)11和柵端12構(gòu)成，第二晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)17和柵端12構(gòu)成，第三晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)13和柵端14構(gòu)成，電阻15通過(guò)在第一晶體管的橫向漂移區(qū)上繞制而成，電阻15的一端連接第一晶體管的漏端區(qū)10，電阻15的另一端連接第三晶體管的柵端14。本發(fā)明帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，采用橫向高壓晶體管的另外一種具體實(shí)現(xiàn)方式如圖6所示，第一晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)11和柵端12構(gòu)成，第二晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)17和柵端12構(gòu)成，第三晶體管由漏端區(qū)10、源端區(qū)13和柵端14構(gòu)成，電阻16通過(guò)在第三晶體管的橫向漂移區(qū)上繞制而成，電阻16的一端連接第一晶體管的漏端區(qū)10，電阻16的另一端連接第三晶體管的柵端14。本發(fā)明帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的另外一種具體實(shí)現(xiàn)方式如圖7所示，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均采用縱向高壓晶體管，第一晶體管由漏端區(qū)20、源端區(qū)21和柵端22構(gòu)成，第二晶體管由漏端區(qū)20(外延底部也是漏端區(qū)，圖中未畫(huà)出)、源端區(qū)27和柵端22構(gòu)成，第三晶體管由漏端區(qū)20、源端區(qū)23和柵端24構(gòu)成，電阻25通過(guò)第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的終端結(jié)構(gòu)26上繞制而成，電阻25的一端連接第一晶體管的漏端區(qū)20，電阻25的另一端連接第三晶體管的柵端24。本發(fā)明帶電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的另外一種具體實(shí)現(xiàn)方式如圖8所示，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均采用縱向高壓晶體管。第一晶體管由漏端區(qū)20、源端區(qū)21和柵端22構(gòu)成，第二晶體管由漏端區(qū)20(外延底部也是漏端區(qū)，圖中未畫(huà)出)、源端區(qū)27和柵端22構(gòu)成，第三晶體管由漏端區(qū)20、源端區(qū)23和柵端24構(gòu)成，電阻25通過(guò)在第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的部分終端結(jié)構(gòu)26上繞制而成，電阻25的一端連接第一晶體管的漏端區(qū)20，電阻25的另一端連接所述第三晶體管的柵端24。本發(fā)明半導(dǎo)體裝置中第一高壓晶體管作為功率開(kāi)關(guān)，第二橫向高壓晶體管作為第一高壓晶體管的電流采樣、第三高壓晶體管和電阻作為啟動(dòng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)面積小，成本低，實(shí)現(xiàn)與低壓控制芯片的自隔離。第二高壓晶體管尺寸小于第一高壓晶體管，對(duì)第二高壓晶體管的采樣較小電流，通過(guò)電路計(jì)算得到第一高壓晶體管的較大電流，采樣較小電流能夠降低系統(tǒng)損耗。與傳統(tǒng)第一高壓晶體管電流采樣結(jié)構(gòu)對(duì)比，系統(tǒng)損耗大幅降低，系統(tǒng)效率得到提高，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)采樣損耗對(duì)比如圖3。第三高壓晶體管電阻組成啟動(dòng)結(jié)構(gòu)與低壓控制電路連接后，實(shí)現(xiàn)芯片啟動(dòng)功能，并且電路啟動(dòng)后能關(guān)閉第三高壓晶體管，降低系統(tǒng)損耗。與傳統(tǒng)電阻啟動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)比，系統(tǒng)損耗大幅降低，系統(tǒng)效率得到提高，本發(fā)明結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)損耗對(duì)比如圖4。第三高壓晶體管，是增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管，或JFET即結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，適用工藝平臺(tái)范圍寬。電阻由摻雜的多晶硅在耐壓區(qū)上繞制而成時(shí)，降低耐壓區(qū)域表面電場(chǎng)，提升器件的可靠性，大大節(jié)省了芯片面積。本發(fā)明半導(dǎo)體裝置將開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、采樣集成在一個(gè)硅片上，實(shí)現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本。需要理解到的是:以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻，所述第一晶體管的漏端連接第二晶體管的漏端、第三晶體管的漏端和所述電阻的一端，所述第一晶體管的源端接地，所述第一晶體管的柵端連接第二晶體管的柵端，所述電阻的另一端連接所述第三晶體管的柵端，其特征在于:所述第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均為高壓晶體管，所述電阻通過(guò)在第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的耐壓區(qū)上、或者第一晶體管的耐壓區(qū)上、或者第三晶體管的耐壓區(qū)上繞制而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述第一晶體管、第二 晶體管和第三晶體管是橫向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為橫向高壓晶體管的漂移區(qū)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管是縱向高壓晶體管，其耐壓區(qū)為縱向高壓晶體管的終端結(jié)構(gòu)區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻集成在一個(gè)硅片上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述第二晶體管的尺寸小于第一晶體管的尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述電阻是多晶硅電阻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，其特征在于:所述第三晶體管是增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管或JFET即結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有電流采樣和啟動(dòng)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置，包括第一晶體管、第二晶體管、第三晶體管和電阻，第一晶體管的漏端連接第二晶體管的漏端、第三晶體管的漏端和所述電阻的一端，第一晶體管的源端接地，所述第一晶體管的柵端連接第二晶體管的柵端，電阻的另一端連接所述第三晶體管的柵端，第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管均為高壓晶體管，所述電阻通過(guò)在第一晶體管、第二晶體管和第三晶體管的耐壓區(qū)上、或者第一晶體管的耐壓區(qū)上、或者第三晶體管的耐壓區(qū)上繞制而成。通過(guò)將高壓?jiǎn)?dòng)結(jié)構(gòu)、電流采樣結(jié)構(gòu)與功率開(kāi)關(guān)集成在一起，降低電路啟動(dòng)的損耗和功率管電流采樣損耗。
文檔編號(hào)H02M1/36GK103219898SQ201310112448
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者易揚(yáng)波, 李海松, 陶平, 陳文高, 張立新 申請(qǐng)人:蘇州博創(chuàng)集成電路設(shè)計(jì)有限公司