[发明专利]具有集成场效应整流器的MOSFET

说明书

相关申请

本发明涉及并请求如下专利申请的优先权：2008年9月25日提交的标题为“Adjustable Field Effect Rectifier”(附为附件A)、序列号为12/238,308的美国专利申请，以及通过它于2007年9月26日提交的序列号为60/975,467的美国临时专利申请，以及2009年1月23日提交的标题为“Regenerative Building Block and Diode BridgeRectifier”、序列号为12/359,094的美国专利申请，以及通过它于2008年1月23日提交的序列号为61/022,968的美国临时专利申请，以及2008年4月28日提交的标题为“MOSFET with Integrated Field EffectRectifier”、序列号为61/048,336的美国临时专利申请，所有这些专利申请的发明人与本申请的发明人相同，并且为了所有目的以其整体通过引用并入此处。

技术领域

本发明总体地涉及半导体晶体管，更具体地涉及将场效应整流器集成到MOSFET结构中以便改进MOSFET的性能，以及用于此的方法。

背景技术

MOSFET通常用于电子电路中的快速切换。然而，在负载为电感性的情况下切换速度由于本身的体二极管的问题而受到限制。当栅极电压用于将MOSFET从ON切换到OFF状态时(反向恢复)，本身的pn结二极管必须传导电流，并且将注入载流子到器件的体内。在注入的载流子消散之前，MOSFET将继续停留在ON状态。这引起MOSFET从ON到OFF状态的缓慢切换，并且限制MOSFET工作的频率。

为了克服体二极管的缓慢切换，通常在MOSFET的源极与漏极之间添加外部续流二极管，以防止在反向恢复期间载流子的注入。然而，添加外部二极管可能导致增加的EMI，因为之前流过MOSFET的电流现在必须流过外部二极管和连接的引线。额外的EMI发射也会限制具有续流二极管的MOSFET的切换速度。尽管通常将续流二极管放置为尽可能接近MOSFET，但额外的EMI的问题仍然存在。

尽管将PN结二极管技术集成到MOSFET中初看似乎不错，但该技术对于改进体二极管问题只有有限的潜力，因为体二极管是与MOSFET结构一体的PN结二极管。类似地，肖特基二极管技术实际上与MOSFET技术并不兼容，因为其需要并不很好地适合MOSFET制造的特别的金属化。

发明内容

为了克服现有技术的限制，本发明将场效应整流器(FER)集成到MOSFET中，以便改进MOSFET在耦合到电感性负载时的切换特性，从而改进切换速度而没有EMI上的显著不利影响。

在该新的设计中，FER并不替代体二极管，而是提供电流绕过体二极管的分流器或者旁路。FER技术与MOSFET技术兼容，基本上允许传统工艺。取决于实施，通过例如调节外延层(epi)的尺寸和电阻率，栅极尺寸等等，本发明的器件既可配置用于高电压工作(例如分立的高功率器件)，也可配置用于低电压工作(例如在集成电路中)。此外，不同于PN结二极管，低电压FER是多数载流子器件，并防止体二极管注入减慢MOSFET工作的少数载流子。由于特别的单侧载流子注入机制(Rodov，Ankoudinov，Ghosh，Sol.St.Electronics 51(2007)714-718)，高电压FER将注入较少的载流子。

附图说明

图1A至图1B示出根据本发明的具有集成的场效应整流器的MOSFET，其中图1A示出DMOS结构而图1B示出UMOS结构。源极和漏极之间的电流由栅极电极控制。在切换期间一旦栅极电压不允许电流流过MOSFET，电流将流过FER。(可选的)调节区域提供对泄漏电流的控制。

图2示出常规MOSFET(红色)和根据本发明的MOSFETR(绿色)的体二极管的前向电压降相对于电流的图形形式。在VG＝+5V的情况下，每MOSFET占据区域的RDS，ON大致相同。深蓝色曲线是MOSFETR的而浅蓝色曲线是MOSFET的。

图3示出对于传统MOSFET(红色)，以及带有(绿色)和不带有(蓝色)根据本发明的调节区域的MOSFETR的泄漏电流相对于反向电压。刻度(1A＝2.5e-7)

图4示出根据本发明的10A 20V MOSFETR的瞬变。

具体实施方式