[发明专利]一种基于LIGBT的单栅控制电压电流采样器件

说明书

本发明提供一种基于LIGBT的单栅控制电压电流采样器件，其元胞结构包括第一导电类型半导体衬底、衬底电极、外延氧化层、第二导电类型半导体漂移区、第二导电类型半导体掺杂区、第一导电类型半导体阳极区、第一金属电极、第一导电类型半导体体区、氧化层、金属栅极、第一导电类型半导体掺杂区、第二导电类型半导体阴极区、第一导电类型半导体掺杂区、第二导电类型半导体掺杂区、第一导电类型半导体阴极区、第三金属电极、第四金属电极、第五金属电极、第二金属电极，器件在导通状态可以实现对流经器件的电流进行采样，关断瞬态可以实现对阳极电压的检测，电流采样与电压采样交替进行，且采样精度高，采样比可控。

技术领域

本发明属于功率半导体器件技术领域，涉及一种基于LIGBT的单栅控制电压电流采样器件。

背景技术

与功率驱动相关的高压、功率集成电路和系统中，都需要对高压、功率集成电路输入/输出性能和负载情况等进行检测，做到对电路和系统的实时保护，满足集成电路和系统的智能化，有效地保证系统正常和可靠地工作。实现高压、功率集成电路及其应用系统的控制是当今国内外的研究热点以及研究科学难点。

功率半导体器件在实际应用中面临诸多失效情况，如短路事件以及感性负载下的瞬态电流峰值过冲等，单个模块中器件的损坏将直接影响电路系统的可靠性与稳定性，监测器件工作时稳定性的有效方法是直接测量功率模块中器件的电压和电流并及时反馈。传统采样技术主要是通过外围元器件实现的，如副边反馈采样、电阻、电流镜采样等方法，这些方法都会带来信号采样不可调、采样精度不够、制作成本增加、应用电路体积大等缺点，目前，研究者们开始进行芯片内部采样技术的研究以克服上述缺点，包括电压采样、电流采样、温度采样等。

电流采样方面，其他人提出了JFET采样结构，如图1所示，JFET采样器件具有结构简单、采样精度高、可以作为采样和自供电的复用器件等优点。在低电压应用场合，传统结构的JFET采样器件已经可以胜任相关应用，但在高压应用场合，常规JFET采样器件很难满足应用要求，首先，器件耐压不够，考虑到设计时的各方面折中关系，耐压也很难再设计提升；其次，JFET背栅极接地或者固定电位，采样电流漂移区深度决定，无法在应用中时进行调节，即采样不可控；最后，饱和区恒流特性差，非恒流充电会导致自供电电压不稳，从而影响芯片正常工作。但该结构不适合用于高压应用场合。

针对传统JFET采样器件的不足，其他人提出了如图2所示的SenseFET结构，该结构在电流采样方面具有更优异的表现：高的电压阻断能力(可以达到700V)、采样电流具有可控性、采样精度高、应用简单(可无外部反馈)，器件在开启周期通过栅极的控制以实现采样电流的可控性，关断周期可以实现芯片自供电。此外，SenseFET在饱和区工作时具有比传统JFET采样器件更好的饱和区恒流特性。然而，该结构不能同时兼具电流采样与电压采样的功能，不能完全满足高压应用的要求。

发明内容

本发明的目的就是针对上述芯片内部采样存在的问题，提出一种基于LIGBT的单栅控制电压电流采样器件。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：