[发明专利]开关晶体管电路装置

说明书

本发明涉及开关晶体管电路装置。

开关晶体管在电子学领域中广泛地用于高功率开关。在一种已知的开关晶体管电路装置中，一个二极管与一功率晶体管的基极一发射极结反向并联。该二极管的作用是提供从发射极和集电极来的反向电流通路。提供这样一种设计，例如，在功率晶体管用于开关流过电感的电流时是必须的：因为通过电感的电流不能立即停止晶体管的开关动作，该二极管为这一电流提供了一条通路。这种开关晶体管电路装置的一个例子就是荧光灯的电子镇流电路中普遍采用的半桥自激电路。

这种用途的开关晶体管电路装置其成本是非常关键的。因而，希望把二极管和开关晶体管集成到同一块集成电路中去，以使降低成本。但是，现有技术中将该二极管与开关晶体管集成的努力导致晶体管开关特性发生了不可预料的和不稳定的变化。

因此，本发明的目的是提供一种具有良好和稳定的开关特性的开关晶体管电路装置。

本发明的开关晶体管电路装置包括一半导体基片，该基片具有：

相互指状组合、并分别形成晶体管的控制电极和信号电极的第一和第二半导体区域；

形成晶体管的第二信号电极的第三半导体区域；以及

沿第一和第二半导体区域延伸并与第三半导体区域形成一个二极管结的第四半导体区域，二极管结在衬底相当大的面积上延伸。

已经发现，通过提供沿第一和第二半导体区域延伸的第四半导体区域来在衬底的相当大的面积上形成二极管结，获得了良好的、可预料的和稳定的开关特性。

下面将参照附图，仅以举例的方式来描述本发明的开关晶体管电路装置，其中；

图1.1，1.2和1.3分别为一个已知的集成电路开关晶体管电路装置的平面图、截面图和电路示意图；

图2.1、2.2和2.3分别为本发明的一个集成电路开关晶体管电路装置的平面图、截面图和电路示意图。

现参见图11、1.2和1.3，一个已知的开关晶体管电路装置100有一个N⁺硅衬底102和其上的N^-层104。在层104上的是P⁺区106。在区106内形成具有指状结构108A、108B和108C的N⁺区108。叉指状金属化层110和112分别形成在区106和108上。

因此，可以认为区106和108分别构成相互叉指状组合的基区和发射区，而层104构成集电区。图1.1和1.2所示的集成电路构成如图1.3所示的、具有叉指状基极/发射极的NPN双极晶体管，它可提供良好的高功率开关特性。

然而，如前所述，把一个二极管集成到这种已知的功率晶体管中的尝试(如在发射极压焊区之下形成二极管等，需要附加的工艺步骤)，使晶体管的开关特性发生了不可预料的不稳定变化，需要后部测试以及从一批产品中选择性能合乎要求的器件。

现在参见图2.1、2.2和2.3，在一个集成电路装置中(未示出)提供了一个开关晶体管电路装置200。开关晶体管电路装置200有一N⁺硅衬底202和其上的N^-层204。层204中是具有指状物206A、206B的P⁺区206。在层204中还形成有在指状物206A、206B之间叉指状组合延伸的又一个P⁺区207。在区206内形成有一具有指状物208A、208B的N⁺区208。叉指状组合的金属化区210和212分别形成在区206和208上，并延伸穿过区207。

这样，可以认为区206和208分别构成相互叉指状组合的基区和发射区，而区204构成集电区。图2.1和2.2所示的集成电路构成一个如图2.3所示的、具有叉指状组合的基极/发射极的NPN双极晶体管214，可提供良好的高功率开关特性。

区207与N^-层204构成一个与该晶体管的基极一发射极结反向并联的二极管216。由于该形成在P⁺区207和N^-层204之间的二极管214的结在衬底的相当大的面积上(事实上，几乎在与开关晶体管的基极—发射极结的总面积相等的面积上)延伸，该开关晶体管表现出没有因该二极管的存在而受到有害的影响，从而可获得能预料的和稳定的开关特性。

因此，可知图2.1、2.2和2.3的开关晶体管电路装置允许反向并联二极管的功能被令人满意地与功率开关晶体管集成在一起。