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本发明涉及一种具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,包括:二维电子气结构、第一隔离凹槽、第二隔离凹槽、横向功率器件、欧姆接触结构、温度传感器二极管,其中,第一隔离凹槽和第二隔离凹槽设置在二维电子气结构中,将二维电子气结构中的二维电子气沟道隔断,使二维电子气结构形成依次横向设置的功率器件区域、欧姆接触电阻区域和温度传感器区域;横向功率器件设置在功率器件区域,欧姆接触结构设置在欧姆接触电阻区域,温度传感器二极管设置在温度传感器区域;温度传感器二极管与欧姆接触结构级联以形成温度监测电路。该GaN智能功率芯片具有响应速度快、灵敏度高、线性度好、集成度高、功耗损耗低、寄生效应小的优势。
The invention relates to a GaN intelligent power chip with junction temperature monitoring capability Comprises a two-dimensional electron gas structure, a first isolation groove, a second isolation groove, a transverse power device, an ohmic contact structure, and a temperature sensor diode Wherein, the first isolation groove and the second isolation groove are arranged in the two-dimensional electron gas structure to isolate the two-dimensional electron gas channel in the two-dimensional electron gas structure, so that the two-dimensional electron gas structure forms a power device area, an ohmic contact resistance area and a temperature sensor area that are arranged transversely in sequence; the transverse power device is set in the power device area, the ohmic contact structure is set in the ohmic contact resistance area, and the temperature sensor diode is set in the temperature sensor area; a temperature sensor diode is cascaded with an ohmic contact structure to form a temperature monitoring circuit The GaN intelligent power chip has the advantages of high response speed, high sensitivity, good linearity, high integration level, low power consumption loss and small parasitic effect.
| 元器件 | 其它元器件 | 氮化镓智能功率芯片 |
| 计算控制 | 其它计算控制类 | 结温监测能力 |
| 技术功效句 | 该GaN智能功率芯片具有响应速度快、灵敏度高、线性度好、集成度高、功耗损耗低、寄生效应小的优势; 提高了对HEMT温度监测的响应速度; 极大提升了温度传感功能部分的温度灵敏度 |
| 技术功效短语 | 功耗损耗低; 智能该功率; 灵敏度高; 提高响应速度; 集成度高; 提升温度灵敏度; 线性度好; 响应快 |
| 技术功效1级 | 损耗; 智能化; 灵敏度; 速度; 集成度; 线性度 |
| 技术功效2级 | 损耗降低; 智能化提高; 灵敏度提高; 速度提高; 集成度提高; 线性度好 |
| 技术功效3级 | 功耗损耗降低; 功率智能化提高; 灵敏度提高; 响应速度提高; 集成度提高; 温度灵敏度提高; 线性度好 |
| 技术功效TRIZ参数 | 23-物质损失;28-测量精度;09-速度;36-系统的复杂性; |
| 主分类号 |
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| IPC分类号 | |
| CPC分类号 |
| 国民经济行业分类 | 制造业 |
| 国民经济行业(主) | |
| 新兴产业分类 | 电子核心产业 |
| 知识密集型分类 | 信息通信技术制造业 新装备制造业 新材料制造业 |
| 学科分类 | 工程 物理科学 |
| 清洁能源产业分类 | 风能产业 太阳能产业 水力发电产业 智能电网产业 |
| 数字经济核心产业分类 | 数字产品制造业 数字技术应用业 数字要素驱动业 |
| 代理机构 | 西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙) 61230 |
| 代理人 | 辛菲 |
| 申请语言 | 汉语 |
| 审查员 | 易志兴 |
1.一种具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,包括:二维电子气结构(1)、第一隔离凹槽(2)、第二隔离凹槽(3)、横向功率器件(4)、欧姆接触结构(5)、温度传感器二极管(6),其中,所述第一隔离凹槽(2)和所述第二隔离凹槽(3)设置在所述二维电子气结构(1)中,将所述二维电子气结构(1)中的二维电子气沟道隔断,使所述二维电子气结构(1)形成依次横向设置的功率器件区域、欧姆接触电阻区域和温度传感器区域;
所述横向功率器件(4)设置在所述功率器件区域,所述欧姆接触结构(5)设置在所述欧姆接触电阻区域,所述温度传感器二极管(6)设置在所述温度传感器区域;
所述温度传感器二极管(6)与所述欧姆接触结构(5)级联以形成温度监测电路。
2.根据权利要求1所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述二维电子气结构(1)包括衬底(11)、成核层(12)、缓冲层(13)、沟道层(14)、势垒层(15)、第一部分P型GaN层(16)和第二部分P型GaN层(17),其中,所述衬底(11)、所述成核层(12)、所述缓冲层(13)、所述沟道层(14)和所述势垒层(15)自下至上依次层叠,且所述沟道层(14)和所述势垒层(15)形成二维电子气沟道;
所述第一部分P型GaN层(16)位于所述功率器件区域的所述势垒层(15)表面;
所述第二部分P型GaN层(17)位于所述温度传感器区域的所述势垒层(15)表面。
3.根据权利要求2所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述第一隔离凹槽(2)和所述第二隔离凹槽(3)均从所述势垒层(15)的表面延伸至所述缓冲层(13)的表面。
4.根据权利要求2所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述横向功率器件(4)包括源电极(41)、漏电极(42)和栅电极(43),其中,所述源电极(41)位于所述第一部分P型GaN层(16)的一侧,且位于所述二维电子气沟道的上方;
所述漏电极(42)位于所述第一部分P型GaN层(16)的另一侧,且位于所述二维电子气沟道的上方;
所述栅电极(43)设置在所述第一部分P型GaN层(16)上。
5.根据权利要求2所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述欧姆接触结构(5)包括第一欧姆接触电极(51)和第二欧姆接触电极(52),其中,所述第一欧姆接触电极(51)、所述第二欧姆接触电极(52)均位于所述二维电子气沟道的上方;
所述第一欧姆接触电极(51)用于接地。
6.根据权利要求5所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,所述温度传感器二极管(6)包括阴极(61)和阳极(62),其中,所述阴极(61)间隔设置在所述第二部分P型GaN层(17)的一侧,且位于所述二维电子气沟道的上方;
所述阳极(62)设置在所述第二部分P型GaN层(17)另一侧的所述势垒层(15)表面,且与所述第二部分P型GaN层(17)接触;
所述阴极(61)与所述第二欧姆接触电极(52)通过金属互连线连接,且用于输出电压;
所述阳极(62)用于输入电源电压。
7.根据权利要求6所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片,其特征在于,还包括钝化层(7),其中,所述钝化层(7)覆盖所述第一隔离凹槽(2)的表面、所述第二隔离凹槽(3)的表面、所述势垒层(15)的表面、所述第一部分P型GaN层(16)的部分表面和所述第二部分P型GaN层(17)的表面;
所述阳极(62)搭接所述钝化层(7)。
8.一种具备结温监测能力的GaN智能功率芯片的制备方法,其特征在于,包括步骤:
S1、制备二维电子气结构(1);
S2、刻蚀所述二维电子气结构(1)至二维电子气沟道下方,形成第一隔离凹槽(2)和第二隔离凹槽(3),将所述二维电子气结构(1)隔离为依次横向设置的功率器件区域、欧姆接触电阻区域和温度传感器区域;
S3、在所述二维电子气结构(1)表面、所述第一隔离凹槽(2)表面和所述第二隔离凹槽(3)表面沉积钝化层(7);
S4、在所述二维电子气结构(1)的二维电子气沟道上方制备金属电极,形成设置在所述功率器件区域的横向功率器件(4)、设置在所述欧姆接触电阻区域的欧姆接触结构(5)、设置在所述温度传感器区域的温度传感器二极管(6);
S5、利用互连金属线将所述温度传感器二极管(6)与所述欧姆接触结构(5)级联。
9.根据权利要求8所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片的制备方法,其特征在于,步骤S1包括:
S11、在衬底(11)的包面依次制备成核层(12)、缓冲层(13)、沟道层(14)、势垒层(15)和P型GaN层,其中,所述沟道层(14)和所述势垒层(15)之间形成二维电子气沟道;
S12、刻蚀所述P型GaN层,形成位于间隔设置的第一部分P型GaN层(16)和第二部分P型GaN层(17)。
10.根据权利要求9所述的具备结温监测能力的GaN智能功率芯片的制备方法,其特征在于,步骤S4包括:
S41、在所述钝化层(7)表面定义若干欧姆金属电极区域,并刻蚀所述欧姆金属电极区域的所述钝化层(7)和所述势垒层(15),形成延伸至所述沟道层(14)表面的若干欧姆金属电极凹槽;
S42、在所述若干欧姆金属电极凹槽中沉积欧姆金属并进行退火,形成阴极(61)、第一欧姆接触电极(51)、第二欧姆接触电极(52)、源电极(41)和漏电极(42),其中,所述阴极(61)设置在所述温度传感器区域且位于所述第二部分P型GaN层(17)的一侧,所述第一欧姆接触电极(51)和第二欧姆接触电极(52)间隔设置在所述欧姆接触电阻区域,所述源电极(41)和漏电极(42)分布在所述功率器件区域且位于所述第一部分P型GaN层(16)的两侧;
S43、在所述钝化层(7)表面定义栅极区域和阳极区域,并刻蚀所述栅极区域的所述钝化层(7)至所述第一部分P型GaN层(16),刻蚀所述阳极区域的所述钝化层(7)至所述势垒层(15),形成栅极凹槽和阳极凹槽;
S44、在所述栅极凹槽和所述阳极凹槽中沉积肖特基金属,形成栅电极(43)和阳极(62),其中,所述栅电极(43)位于所述功率器件区域且位于所述第一部分P型GaN层(16)上,所述阳极(62)与所述第二部分P型GaN层(17)的另一侧相接触且搭接所述钝化层(7)。
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