[发明专利]具有谐振晶体管栅极的功率场效应晶体管

说明书

一种半导体场效应晶体管提供了谐振栅极和源极以及漏极，其中谐振栅极以一种或多种预定的频率电磁地谐振。

本申请为分案申请，母案申请的国家申请号为：201180051163.7、进入中国国家阶段日期为：2013年4月23日，发明名称为：具有谐振晶体管栅极的功率场效应晶体管。

技术领域

本发明特别涉及场效应晶体管(“FET”)的加长栅极内的无源电路元件的集成，其引起栅极以预定的频率或想要的频段谐振，用以转换通过装置的电流负载。本发明总体上涉及完全集成的功率管理模块的功率FET内或为半导体载体一部分的、用于在通过其表面电连接的附加的半导体芯片之间管理数据传送的电路内的谐振晶体管栅极的集成。

背景技术

功率FET已经成为许多用于在直流-直流变换器、交流-直流逆变器或交流变压器中调节电压和/或电流的功率管理电路中的限制组件。近几十年来，已经针对增加功率FET的输出电流以及转换速度以与集成电路“晶体管收缩”保持同步做出了巨大努力。较小的晶体管增加系统转换速度以及集成电路内的晶体管密度。较高的密度在很大程度上允许更多的晶体管并入单个半导体芯片中，这导致其需要较大的工作电流。类似地，较小的晶体管尺寸还增加工作系统速度。任何不能提供较高的转换速度下的较大电流的组合都导致许多系统“功率不足”。多核微处理器的情况尤其如此，如不能提供所需的合适的较高速度的电流将损害用外部存储器电路实现的可靠的数据传送。由于这种缺陷，处理器核将典型地以25％-30％的利用率工作。当处理器核平行配置时该问题更加严重。例如，16核微处理器阵列将比4核微处理器阵列运行得慢，这是由于其处于充足的功率刷新周期中。因此，通过开发允许任意较高电流以任意较高转换速度转换的功率FET来增加功率效率是令人满意的。虽然较高的转换速度和电流水平对于功率FET有特别的益处，但是允许高于400MHz或特别频段之上的转换速度的方法可以有效用于许多其他FET应用。因此，调谐FET的转换速度和/或电流输出的普遍方法也是令人满意的。

具有一个或多个处理器单元的高效率的转换模式功率管理装置的协同定位还通过更短的互连电路降低了总系统功率损耗。因此通过十分靠近计算芯片的协同定位功率管理来改进为处理器核供应的功率的效率的方法和装置对于微处理器阵列的增强的利用率以及高速计算系统改进的工作效率是可以实现并令人满意的。

大部分增加功率FET转换速度的方法都集中在减小晶体管栅极电容上。这一般通过将栅极电极制作得较小，并通过在晶体管结内使用更多复杂的电子掺杂质结构来完成。这些现有技术的元件的重要缺点为产生较大量的热量，这是不需要的并且必须适当控制以保护邻近半导体装置的性能。虽然较小的栅极构成较小的电容，但是它们同样增加流经晶体管结的电流密度以获得高电流，该高电流转而将产生的热量增加至阻止接近计算半导体芯片的功率管理的协同定位的水平。较高电流水平通常需要热管理机制加入到系统中来消耗由较高水平的电阻损耗产生的余热。额外或更多复杂的热管理要求增加了成本和整个系统的设计复杂度。现有技术解决方案提出了改进的掺杂质拓扑结构以降低功率FET的晶体管结的导通电阻。然而，所提出的解决方案单独不将导通电阻降低至允许功率管理系统与有源系统装置单片集成或非常接近有源系统装置放置或减轻或消除来自功率管理系统的热管理装置的足够低的水平。这是由分立组件装配的功率管理系统中的独有问题。因此，将功率FET的导通电阻的数量级降低至减轻或消除功率管理装置中的热管理系统的水平也是令人满意的。

许多功率管理系统使用在遭受频繁或不可预知的机械冲击的移动平台中。焊点用于将表面贴装的无源组件(电阻器、电容器、电感器)电互连在与一个或多个半导体芯片电通讯的印制电路板上。用于达到现代环境标准的无铅焊料不具有它们替代的铅基焊料的机械完整性。焊料节点中的断裂是移动系统中磁场失效的主要原因。此外，功率管理装置中的焊料节点失效是由于不定期维修导致的装置停止工作的主要原因。因此，通过将全部组件都单片集成在半导体芯片上来消除功率管理系统的焊料节点的方法也是本发明有益且令人满意的目的。

1.现有技术的说明