CN112468119A - P型氮化镓器件的驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种P型氮化镓器件的驱动装置，包括：驱动IC、稳定电路、驱动电路、稳压电路、导通电路，所述稳压电路包括串联连接的第一二极管和稳压电阻，所述第一二极管的阳极指向P型氮化镓器件的栅极；其中，所述驱动IC的输出端口分别与所述稳压电路的第一端口和所述导通电路的第一端口连接，所述稳压电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述导通电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述稳定电路的第二端口和所述驱动电路的第二端口均与所述P型氮化镓器件的栅极连接，所述驱动IC的接地端口和所述P型氮化镓器件的源极均接地。本发明能提升P‑GaN的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别涉及一种P型氮化镓器件的驱动装置。
背景技术
GaN宽禁带半导体材料，相比于Si材料，具有高的击穿电场(高达3MV/cm)、高的饱和电子漂移速度和良好的热导率等优越的性能，适合制作应用于高频和高功率的功率器件。
GaN材料具有较强的极化效应，极化方向上生长的AlGaN/GaN异质结的界面由于极化效应形成1013cm-2左右高浓度和高电子迁移率的二维电子气(2DEG)，使得AlGaN/GaN异质结场效应晶体管(HFETs)具有极低的导通电阻，非常适合制作功率开关器件。因此利用具有2DEG的GaN异质结构来制备高性能的常关型功率开关器件，是实现GaN功率开关器件实用化目标的重要课题。
增强型GaN功率开关器件一般由P-GaN和凹栅两种工艺途径实现。P-GaN的增强型GaN功率开关器件的阈值电压仅能达到1.5v左右，栅压摆幅较小，可靠性不佳。
发明内容
本发明提供了一种P型氮化镓器件的驱动装置，其目的是为了解决增强型P-GaN功率开关器件的阈值电压低，反向耐压不足，可靠性较差的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种P型氮化镓器件的驱动装置，包括：驱动IC、稳定电路、驱动电路、稳压电路、导通电路，所述稳压电路包括串联连接的第一二极管和稳压电阻，所述第一二极管的阳极指向P型氮化镓器件的栅极；
其中，所述驱动IC的输出端口分别与所述稳压电路的第一端口和所述导通电路的第一端口连接，所述稳压电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述导通电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述稳定电路的第二端口和所述驱动电路的第二端口均与所述P型氮化镓器件的栅极连接，所述驱动IC的接地端口和所述P型氮化镓器件的源极均接地。
其中，所述导通电路包括串联连接的第二二极管和导通电阻，所述第二二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
其中，所述驱动装置还包括消耗电路，所述消耗电路的第一端口分别与所述P型氮化镓器件的栅极、所述稳定电路的第二端口、所述驱动电路的第二端口连接，所述消耗电路的第二端口与所述P型氮化镓器件的源极连接。
其中，所述消耗电路包括串联连接的第三二极管和第一稳压管，所述第三二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极，所述第一稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
其中，所述消耗电路还包括消耗电阻，所述消耗电阻与所述第三二极管和所述第一稳压管串联连接。
其中，所述稳定电路包括第一稳定电阻。
其中，所述稳定电路还包括：与所述第一稳定电阻并联连接的第二稳压管和第二稳定电阻，且所述第二稳压管与所述第二稳定电阻串联连接，所述第二稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
其中，所述驱动电路包括驱动电容。
其中，所述驱动电容为高频贴片电容。
其中，所述驱动IC为单输出通道驱动IC。
本发明的上述方案至少有如下的有益效果：
在本发明的实施例中，当驱动IC输出高电平VDD时，瞬间通过导通电路和驱动电路对P型氮化镓器件的栅极电容进行充电，使P型氮化镓器件导通，随后稳定电路传输的较小电流，流过P型氮化镓器件中的寄生二极管，维持P型氮化镓器件开通；当驱动IC输出低电平0或Vs时，通过稳压电路的第一二极管和稳压电阻将驱动电路的第一端口处的高电位拉至0或Vs，同时在驱动电路的第二端口处产生相应的负电压，使P型氮化镓器件关闭，此时稳定电路稳定驱动电路的电荷缓慢释放，驱动电路的第二端口处的负电压较缓慢的增大，短时间内产生较大且连续稳定的负电压，且长时间保持小于0的状态，这种负电压可以抑制因P-GaN阈值电压较低，关断后误开通，另外较大的负电压不容易导致P-GaN栅极反向击穿，提升P-GaN的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中P型氮化镓器件的驱动装置的结构示意图；
图2为本发明实施例中P型氮化镓器件的驱动装置的具体实现结构的示意图。
【附图标记说明】
1、驱动IC；2、稳定电路；3、驱动电路；4、稳压电路；401、第一二极管；402、稳压电阻；5、导通电路；6、P型氮化镓器件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
如图1所示，本发明的实施例提供了一种P型氮化镓器件的驱动装置，该驱动装置包括：驱动IC1、稳定电路2、驱动电路3、稳压电路4、导通电路5，所述稳压电路4包括串联连接的第一二极管401和稳压电阻402，所述第一二极管401的阳极指向P型氮化镓器件6的栅极。
其中，所述驱动IC1的输出端口分别与所述稳压电路4的第一端口和所述导通电路5的第一端口连接，所述稳压电路4的第二端口分别与所述稳定电路2的第一端口和所述驱动电路3的第一端口连接，所述导通电路5的第二端口分别与所述稳定电路2的第一端口和所述驱动电路3的第一端口连接，所述稳定电路2的第二端口和所述驱动电路3的第二端口均与所述P型氮化镓器件6的栅极连接，所述驱动IC1的接地端口和所述P型氮化镓器件6的源极均接地。
其中，在本发明的实施例中，上述驱动IC1可以为单输出通道驱动IC，可分别输出高电平VDD，及低电平0或Vs。且在本发明的实施例中，上述P型氮化镓器件6的源极可单独接地，也可与驱动IC1共地。
值得一提的是，在本发明的实施例中，当驱动IC1输出高电平VDD时，瞬间通过导通电路5和驱动电路3对P型氮化镓器件6的栅极电容进行充电，使P型氮化镓器件6导通，随后稳定电路2传输的较小电流，流过P型氮化镓器件6中的寄生二极管，维持P型氮化镓器件6开通；当驱动IC1输出低电平0或Vs时，通过稳压电路4的第一二极管401和稳压电阻402将驱动电路3的第一端口处的高电位拉至0或Vs，同时在驱动电路3的第二端口处产生相应的负电压，使P型氮化镓器件6关闭，此时稳定电路2稳定驱动电路3的电荷缓慢释放，驱动电路3的第二端口处的负电压较缓慢的增大，短时间内产生较大且连续稳定的负电压，且长时间保持小于0的状态，这种负电压可以抑制因P-GaN阈值电压较低，关断后误开通，另外较大的负电压不容易导致P-GaN栅极反向击穿，提升P-GaN的可靠性。
接下来，结合图2对驱动装置所包括的各电路进行详细说明。
其中，在本发明的实施例中，如图2所示，上述驱动电路包括驱动电容(即图2中的C1)。且在本发明的实施例中，为便于安装，上述驱动电容可以具体为高频贴片电容。
其中，在本发明的实施例中，如图2所示，上述导通电路包括串联连接的第二二极管(即图2中的D1)和导通电阻(即图2中的R1)，所述第二二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
其中，在本发明的实施例中，当驱动IC输出高电平VDD时，瞬间通过D1、R1及C1对P型氮化镓器件的栅极电容进行充电，使P型氮化镓器件导通。可以理解的是，上述D1和R1的位置可互换，且R1根据驱动能力及开关特性的需求进行自用选取，最小可为0。另，上述稳压电路的第一二极管(即图2中的D2)和稳压电阻(即图2中的R2)的位置也可互换，R2也可根据驱动能力及开关特性的需求进行自用选取，但最小一般不为0。
其中，在本发明的实施例中，为进一步提高P型氮化镓器件的可靠性，上述驱动装置还包括消耗电路，所述消耗电路的第一端口分别与所述P型氮化镓器件的栅极、所述稳定电路的第二端口、所述驱动电路的第二端口连接，所述消耗电路的第二端口与所述P型氮化镓器件的源极连接。
具体的，如图2所示，上述消耗电路包括串联连接的第三二极管(即图2中的D3)和第一稳压管(即图2中的Z1)，所述第三二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极，所述第一稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。可以理解的是，在本发明的实施例中，D3和Z1的位置可以互换，根据实际需求可同电阻进行串联，即，上述消耗电路还可包括消耗电阻，所述消耗电阻与所述第三二极管和所述第一稳压管串联连接。
其中，在本发明的实施例中，驱动IC高电平输出VDD时，D3阴极处为正电位，无电流通过D3和Z1的串联电路；驱动IC低电平输出0或Vs时，D3阴极处为负电位，此时P型氮化镓器件关断的瞬间，寄生电感产生一定的正电位，如无Z1，P型氮化镓器件栅极寄生的二极管反向承压过大易被击穿，Z1、D3及串联的消耗电阻可将该电压以热的方式散去阻止其对栅极的影响，进而提升P型氮化镓器件的可靠性。
其中，在本发明的实施例中，上述稳定电路存在两种具体实现结构。如图2所示，在第一种具体实现结构中，上述稳定电路包括第一稳定电阻(即图2中的R3)。该第一稳定电阻一般为较大电阻，以在驱动IC输出高电平VDD时通过该电阻转换为较小电流，维持P型氮化镓器件开通；以及在驱动IC低电平输出时稳定C1的电荷缓慢释放，维持栅极一定的负电压时间。在第二种具体实现结构中，除了包括上述第一稳定电阻之外，上述稳定电路还包括：与所述第一稳定电阻并联连接的第二稳压管和第二稳定电阻，且所述第二稳压管与所述第二稳定电阻串联连接，所述第二稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。其中，第二稳压管和第二稳定电阻未在图中示出。当然可以理解的是，上述第二稳压管可由较小的稳压管串联、并联或串并联而成。
接下来，对驱动装置的具体实现结构的工作原理进行详细描述。
如图2所示，当驱动IC输出高电平VDD时，瞬间通过D1、R1及C1对P型氮化镓器件的栅极电容进行充电，使P型氮化镓器件导通，随后D1、R1、及R3传输的较小电流，流过P型氮化镓器件中的寄生二极管，维持P型氮化镓器件开通，另，在驱动IC输出高电平VDD时，D3阴极处为正电位，无电流通过D3和Z1的串联电路；当驱动IC输出低电平0或Vs时，通过D2及R2将C1左侧的高电位拉至0或Vs，同时在C1右侧产生相应的负电压，使P型氮化镓器件关闭，此时R3稳定C1的电荷缓慢释放，C1右侧的负电压较缓慢的增大，短时间内产生较大且连续稳定的负电压，且长时间保持小于0的状态，这种负电压可以抑制因P-GaN阈值电压较低，关断后误开通，且较大的负电压不容易导致P-GaN栅极反向击穿，提升P-GaN的可靠性。另，在驱动IC输出低电平0或Vs时，D3阴极处为负电位，在P型氮化镓器件关断的瞬间，寄生电感产生一定的正电位，如无Z1，P型氮化镓器件栅极寄生的二极管反向承压过大易被击穿，Z1、D3及串联的消耗电阻可将该电压以热的方式散去，阻止其对栅极的影响，提高P型氮化镓器件的可靠性。其中，图2中的Q1表示P型氮化镓器件，GND表示地线。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种P型氮化镓器件的驱动装置，其特征在于，包括：驱动IC、稳定电路、驱动电路、稳压电路、导通电路，所述稳压电路包括串联连接的第一二极管和稳压电阻，所述第一二极管的阳极指向P型氮化镓器件的栅极；
其中，所述驱动IC的输出端口分别与所述稳压电路的第一端口和所述导通电路的第一端口连接，所述稳压电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述导通电路的第二端口分别与所述稳定电路的第一端口和所述驱动电路的第一端口连接，所述稳定电路的第二端口和所述驱动电路的第二端口均与所述P型氮化镓器件的栅极连接，所述驱动IC的接地端口和所述P型氮化镓器件的源极均接地。
2.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述导通电路包括串联连接的第二二极管和导通电阻，所述第二二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
3.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动装置还包括消耗电路，所述消耗电路的第一端口分别与所述P型氮化镓器件的栅极、所述稳定电路的第二端口、所述驱动电路的第二端口连接，所述消耗电路的第二端口与所述P型氮化镓器件的源极连接。
4.根据权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，所述消耗电路包括串联连接的第三二极管和第一稳压管，所述第三二极管的阴极指向所述P型氮化镓器件的栅极，所述第一稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
5.根据权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述消耗电路还包括消耗电阻，所述消耗电阻与所述第三二极管和所述第一稳压管串联连接。
6.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述稳定电路包括第一稳定电阻。
7.根据权利要求6所述的驱动装置，其特征在于，所述稳定电路还包括：与所述第一稳定电阻并联连接的第二稳压管和第二稳定电阻，且所述第二稳压管与所述第二稳定电阻串联连接，所述第二稳压管的阳极指向所述P型氮化镓器件的栅极。
8.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动电路包括驱动电容。
9.根据权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动电容为高频贴片电容。
10.根据权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动IC为单输出通道驱动IC。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20210309 Assignee: Suzhou Heyu Finance Leasing Co.,Ltd. Assignor: SHENZHEN XINER SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Contract record no.: X2023980042308 Denomination of invention: Driving device for P-type gallium nitride devices Granted publication date: 20220823 License type: Exclusive License Record date: 20230925 |
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Denomination of invention: Driving device for P-type gallium nitride devices Effective date of registration: 20230927 Granted publication date: 20220823 Pledgee: Suzhou Heyu Finance Leasing Co.,Ltd. Pledgor: SHENZHEN XINER SEMICONDUCTOR TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023980059341 |