CN109995351A - 开关集成器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种开关集成器件，包括双极晶体管(Tr1)、集成晶体管(Tr2)、集成二极管(D1)以及集成二极管(D2)；所述双极晶体管(Tr1)为NPN型，所述集成晶体管(Tr2)为PNP型；所述双极晶体管(Tr1)的集电极、所述集成晶体管(Tr2)的基极以及所述集成二极管(D2)的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件的输入端；所述双极晶体管(Tr1)的基极、所述集成晶体管(Tr2)的发射极以及所述集成二极管(D1)的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件控制端；所述集成二极管(D1)的阳极、所述双极晶体管(Tr1)的发射极、所述集成晶体管(Tr2)的集电极以及所述集成二极管(D2)的阳极连接在一起，作为所述开关集成器件的输出端。

Description

开关集成器件
技术领域
本发明涉及开关电路技术领域，尤其涉及一种开关集成器件。
背景技术
目前大多利用双极功率晶体管来实现开关性能，双极功率晶体管在导通时可以使被控电路例如电源电路工作，当双极功率晶体管在关断时，被控电路并不会马上关断，这是因为双极功率晶体管在导通时会积累电荷，积累的电荷依旧会作用在被控电路上，从而影响双极功率晶体管的开关性能。
发明内容
基于此，有必要提供一种开关集成器件。
一种开关集成器件，包括：双极晶体管Tr1、集成晶体管Tr2、集成二极管D1以及集成二极管D2；所述双极晶体管Tr1为NPN型，所述集成晶体管Tr2为PNP型；
所述双极晶体管Tr1的集电极、所述集成晶体管Tr2的基极以及所述集成二极管D2的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件的输入端；所述双极晶体管Tr1的基极、所述集成晶体管Tr2的发射极以及所述集成二极管D1的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件控制端；所述集成二极管D1的阳极、所述双极晶体管Tr1的发射极、所述集成晶体管Tr2的集电极以及所述集成二极管D2的阳极连接在一起，作为所述开关集成器件的输出端。
一个实施例中，所述开关集成器件还包括第一N型区，作为所述双极晶体管Tr1的集电区、集成晶体管Tr2的基区以及集成二极管D2的阴极区；
第一N型区，用于形成所述双极晶体管Tr1的集电区、集成晶体管Tr2的基区以及集成二极管D2的阴极区；
第一P型区，设于所述第一N型区内，用于形成所述双极晶体管Tr1的基区以及所述集成晶体管Tr2的发射区；
第二P型区，设于所述第一N型区内，用于形成所述集成晶体管Tr2的集电区、集成二极管D1的阳极区以及所述集成二极管D2的阳极区；
第二N型区，设于所述第一P型区内，用于形成所述双极晶体管Tr1的发射区；
第三N型区，设于所述第二P型区内，用于形成所述集成二极管D1的阴极区；
所述第一N型区作为所述输入端，所述第一P型区和第三N型区作为所述控制端，所述第二P型区和第二N型区作为所述输出端。
一个实施例中，所述第一N型区包括第一区域和第二区域，所述第二区域的掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度；所述第一区域设于所述第二区域上，所述第一P型区和所述第二P型区设于所述第二区域内；
所述第一区域用于形成所述集成晶体管Tr2的基区，所述第二区域用于形成所述双极晶体管Tr1的集电区以及所述集成二极管D2的阴极区，所述输入端分别连接所述第一区域、所述第二区域。
一个实施例中，所述开关集成器件还包括：
第一金属连线，所述第一金属连线用于引出所述第一N型区；
第二金属连线，所述第二金属连线用于引出所述第一P型区和第三N型区并连接在一起；
第三金属连线，所述第三金属连线用于引出所述第二P型区和第二N型区并连接在一起。
一个实施例中，所述第一P型区的深度与所述第二P型区的深度相同，所述第一P型区横向上的宽度与所述第二P型区横向上的宽度不相同。
一个实施例中，所述第二N型区的深度与所述第三型区的深度相同，所述第二N型区横向上的宽度与所述第三N型区横向上的宽度不相同。
一个实施例中，所述第一P型区与所述第二P型区间的横向距离处于预设距离范围。
一个实施例中，所述开关集成器件为SiC器件。
一个实施例中，所述双极晶体管Tr1是双极功率晶体管。
一个实施例中，所述第一N型区是N型衬底。
上述开关集成器件，在所述双极晶体管Tr1导通时，为被控电路提供驱动电流，所述开关集成器件接收到关断信号时，所述双极晶体管Tr1处于截止状态，双极晶体管Tr1中积累的电荷可以通过处于正向偏置状态的集成二极管D1、处于正向偏置状态的集成二极管D2以及集成晶体管Tr2得到快速释放，从而使得被控电路可以快速关断。因此上述开关集成器件具备较好的开关性能，灵敏性较好。
附图说明
图1为一个实施例中的开关集成器件的结构示意图；
图2为一个实施例中的开关集成器件示意图；
图3为另一个实施例中的开关集成器件示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，图1是一个实施例中的开关集成器件的结构示意图，该开关集成器件包括：双极晶体管Tr1、集成晶体管Tr2、集成二极管D1以及集成二极管D2；双极晶体管Tr1为NPN型，集成晶体管Tr2为PNP型。
双极晶体管Tr1的集电极、集成晶体管Tr2的基极以及集成二极管D2的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件的输入端；双极晶体管Tr1的基极、集成晶体管Tr2的射极以及集成二极管D1的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件控制端；集成二极管D1的阳极、双极晶体管Tr1的射极、集成晶体管Tr2的集电极以及集成二极管D2的阳极连接在一起，作为所述开关集成器件的输出端；在为开关集成器件提供导通电压大于双极晶体管Tr1的开启电压时，使得双极晶体管Tr1工作在饱和状态，双极晶体管Tr1导通，为被控电路提供驱动电流，并在双极晶体管Tr1中积累电荷；在为开关集成器件提供关断信号、使得双极晶体管Tr1工作在截止状态时，积累在双极晶体管Tr1中的电荷通过集成二极管D1、集成二极管D2以及集成晶体管Tr2得以释放。
所述双极晶体管Tr1具体可以是双极功率晶体管，双极功率晶体管可为内含数十至数百个晶体管单元、功率可达几百千瓦的大容量型晶体管，双极晶体管Tr1也可以是小容量型晶体管。
在其中一个实施例中，开关集成器件还包括第一端子、第二端子以及第三端子(图1中未标示)；第一端子分别与双极晶体管Tr1的集电极、集成晶体管Tr2的基极、集成二极管D2的阴极连接，用于为所述开关集成器件的输入端引入输入信号；第二端子分别与双极晶体管Tr1的基极、集成晶体管Tr2的射极、集成二极管D1连接，用于为所述开关集成器件控制端引入控制信号；第三端子分别与集成二极管D1的阳极、双极晶体管Tr1的射极、集成晶体管Tr2的集电极、集成二极管D2的阳极连接，用于为所述开关集成器件的输出端引出输出信号。
请参阅2，图2为一个实施例中的开关集成器件，该开关集成器件包括：第一N型区10，作为半导体结构的N型衬底、第一P型区20、第二P型区30、第二N型区40、第三N型区50；第一N型区10用于形成双极晶体管Tr1的集电区、集成晶体管Tr2的基区以及集成二极管D2的阴极区；第一P型区20设于第一N型区10内，第一P型区20用于形成双极晶体管Tr1的基区以及集成晶体管Tr2的发射区；第二P型区30设于第一N型区10内，第二P型区用于形成集成晶体管Tr2的集电区、集成二极管D1的阳极区以及集成二极管D2的阳极区；第二N型区40设于第一P型区20内，第二N型区40用于形成双极晶体管Tr1的发射区；第三N型区50设于第二P型区30内，第三N型区50用于形成集成二极管D1的阴极区；本实施例的开关集成器件，形成NPN型双极晶体管Tr1、PNP型的集成晶体管Tr2、集成二极管D1以及集成二极管D2。
其中一个实施例中，第一P型区和第二P型区均可以离子注入的方式形成于第一N型区10内。
其中一个实施例中，第二N型区40可以离子注入的方式形成于第一P型区10内，第三N型区50可以离子注入的方式形成于第二P型区30内。所述第一N型区10作为所述输入端，所述第一P型区20和第三N型区50作为所述控制端，所述第二P型区30和第二N型区40作为所述输出端。
一个实施例中的开关集成器件，请参阅图2，开关集成器件还包括第一金属连线60、第二金属连线70以及第三金属引线80；所述第一金属连线用于引出所述第一N型区，所述第二金属连线用于引出所述第一P型区和第三N型区并连接在一起，第三金属连线用于引出所述第二P型区和第二N型区并连接在一起。第一金属连线60是将双极晶体管Tr1的集电区、集成晶体管Tr2的基区以及集成二极管D2的阴极区引出并连接在一起，第二金属连线70是将双极晶体管Tr1的基区、集成晶体管Tr2的射区以及集成二极管D1的阴极区引出并连接在一起，第三金属引线80将集成二极管D1的阳极区、双极晶体管Tr1的射极区、集成晶体管Tr2的集电极区以及集成二极管D2的阳极区引出并连接在一起。
其中一个实施例中，第一金属连线60、第二金属连线70以及第三金属引线80均可为金属层或者金属通孔。
其中一个实施例中，开关集成器件是SiC器件。SiC材料作为第三代半导体材料正得到越来越广泛的应用，SiC材料导热系数高、力学性能优良以及光学性能好的优点。其他实施例中，开关集成器件也可以是利用Si材料、GaAs材料或其他半导体材料的制备器件。
其中一个实施例中，请参阅图3，第一N型10包括第一区域(可为中掺杂浓度N型区)102和第二区域(可为重掺杂浓度N型区)101；第一区域102设于第二区域101上，第一P型区20和第二P型区30设于第一区域102内；第一区域102用于形成集成晶体管Tr2的基区，第二区域用于形成双极晶体管Tr1的集电区以及集成二极管D2的阴极区，第一金属连线是用于将第二区域中的双极晶体管Tr1的集电区、第一区域102中的集成晶体管Tr2的基区以及第二区域中的集成二极管D2的阴极区引出并连接在一起。
其中一个实施例中，请参阅图2或图3，第一P型区20的深度与第二P型区30的深度相同，第一P型区横向上的宽度与第二P型区横向上的宽度不相同。其他实施例中，第一P型区横向上的宽度与第二P型区横向上的宽度也可以相同。其他实施例中，第一P型区20的深度与第二P型区30的深度也可以不相同。
其中一个实施例中，请参阅图2或图3，第二N型区40的深度与第三N型区50的深度相同，第二N型区横向上的宽度与第三N型区横向上的宽度不相同。其他实施例中，第二N型区横向上的宽度与第三N型区横向上的宽度也可以相同。其他实施例中，第二N型区40的深度与第三N型区50的深度也可以不相同。
其中一个实施例中，请参阅图2或图3，第一P型区20与第二P型区30间的横向距离处于预设距离范围，该预设距离范围具体可以是10μm～100μm，设置第一P型区20与第二P型区30间的横向距离处于预设距离范围内是为了确保第一P型区20与第二P型区30之间的第一N型区10合适的范围，以确保集成晶体管Tr2的基区宽度为有效宽度。集成晶体管Tr2的结构参数例如集成晶体管Tr2基区宽度，可以影响双极晶体管Tr1的饱和工作点，从而影响开关集成器件的开关性能。
上述开关集成器件，在所述双极晶体管Tr1导通时，为被控电路提供驱动电流，所述开关集成器件接收到关断信号时，所述双极晶体管Tr1处于截止状态，双极晶体管Tr1中积累的电荷可以通过处于正向偏置状态的集成二极管D1、处于正向偏置状态的集成二极管D2以及集成晶体管Tr2得到快速释放，从而使得被控电路可以快速关断。因此上述开关集成器件具备较好的开关性能，灵敏性较好。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能组合都进行描述，然而只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施例，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种开关集成器件，其特征在于，包括：双极晶体管(Tr1)、集成晶体管(Tr2)、集成二极管(D1)以及集成二极管(D2)；所述双极晶体管(Tr1)为NPN型，所述集成晶体管(Tr2)为PNP型；
所述双极晶体管(Tr1)的集电极、所述集成晶体管(Tr2)的基极以及所述集成二极管(D2)的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件的输入端；所述双极晶体管(Tr1)的基极、所述集成晶体管(Tr2)的发射极以及所述集成二极管D1的阴极连接在一起，作为所述开关集成器件控制端；所述集成二极管(D1)的阳极、所述双极晶体管(Tr1)的发射极、所述集成晶体管(Tr2)的集电极以及所述集成二极管(D2)的阳极连接在一起，作为所述开关集成器件的输出端。
2.根据权利要求1所述的开关集成器件，其特征在于，包括：
第一N型区，用于形成所述双极晶体管(Tr1)的集电区、集成晶体管(Tr2)的基区以及集成二极管(D2)的阴极区；
第一P型区，设于所述第一N型区内，用于形成所述双极晶体管(Tr1)的基区以及所述集成晶体管(Tr2)的发射区；
第二P型区，设于所述第一N型区内，用于形成所述集成晶体管(Tr2)的集电区、集成二极管(D1)的阳极区以及所述集成二极管(D2)的阳极区；
第二N型区，设于所述第一P型区内，用于形成所述双极晶体管(Tr1)的发射区；
第三N型区，设于所述第二P型区内，用于形成所述集成二极管(D1)的阴极区；
所述第一N型区作为所述输入端，所述第一P型区和第三N型区作为所述控制端，所述第二P型区和第二N型区作为所述输出端。
3.根据权利要求2所述的开关集成器件，其特征在于，所述第一N型区包括第一区域和第二区域，所述第二区域的掺杂浓度大于所述第一区域的掺杂浓度；所述第一区域设于所述第二区域上，所述第一P型区和所述第二P型区设于所述第二区域内；
所述第一区域用于形成所述集成晶体管(Tr2)的基区，所述第二区域用于形成所述双极晶体管(Tr1)的集电区以及所述集成二极管(D2)的阴极区。
4.根据权利要求2所述的开关集成器件，其特征在于，还包括：
第一金属连线，所述第一金属连线用于引出所述第一N型区；
第二金属连线，所述第二金属连线用于引出所述第一P型区和第三N型区并连接在一起；
第三金属连线，所述第三金属连线用于引出所述第二P型区和第二N型区并连接在一起。
5.根据权利要求2所述的开关集成器件，其特征在于，所述第一P型区的深度与所述第二P型区的深度相同，所述第一P型区横向上的宽度与所述第二P型区横向上的宽度不相同。
6.根据权利要求2所述的开关集成器件，其特征在于，所述第二N型区的深度与所述第三N型区的深度相同，所述第二N型区横向上的宽度与所述第三N型区横向上的宽度不相同。
7.根据权利要求2所述的开关集成器件，其特征在于，所述第一P型区与所述第二P型区间的横向距离处于预设距离范围。
8.根据权利要求1-7任一项所述的开关集成器件，其特征在于，所述双极晶体管(Tr1)是双极功率晶体管。
9.根据权利要求1-7任一项所述的开关集成器件，其特征在于，所述开关集成器件为SiC器件。
10.根据权利要求2-7任一项所述的开关集成器件，其特征在于，所述第一N型区是N型衬底。
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