CN113984232A - 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备 - Google Patents

集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113984232A
CN113984232A CN202111202921.2A CN202111202921A CN113984232A CN 113984232 A CN113984232 A CN 113984232A CN 202111202921 A CN202111202921 A CN 202111202921A CN 113984232 A CN113984232 A CN 113984232A
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor device
cell region
silicon layer
type silicon
metal electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111202921.2A
Other languages
English (en)
Inventor
不公告发明人
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhuhai Maiju Microelectronics Co Ltd
Original Assignee
Zhuhai Maiju Microelectronics Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhuhai Maiju Microelectronics Co Ltd filed Critical Zhuhai Maiju Microelectronics Co Ltd
Priority to CN202111202921.2A priority Critical patent/CN113984232A/zh
Publication of CN113984232A publication Critical patent/CN113984232A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/01—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using semiconducting elements having PN junctions
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/385—Arrangements for measuring battery or accumulator variables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having at least one potential-jump barrier or surface barrier; including integrated passive circuit elements with at least one potential-jump barrier or surface barrier the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs

Abstract

本公开提供了一种集成温度检测二极管的半导体器件，包括：第一元胞区，第一元胞区形成充电控制场效应管，充电控制场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及，第二元胞区，第二元胞区形成有温度检测二极管，温度检测二极管检测半导体器件的当前温度；其中，第一元胞区与第二元胞区相邻地设置。本公开还提供一种电池系统及用电设备。

Description

集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备
技术领域
本公开涉及电流检测/测量技术领域，本公开尤其涉及一种集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备。
背景技术
现有技术中电动汽车、手机等使用电池组(或电池单元、电池包)提供电能，需要通过电池组的放电为负载提供电能，并且也需要外接充电器对电池组进行充电。
电池组在充电和放电的过程中，需要对充电电流和放电电流进行检测，也需要对电池包内的温度进行检测，避免发生安全事故。
现有技术中，电流检测的方式通常在电池组回路中设置检测电阻，然而，检测电阻的设置必然会导致能量损耗、产生热量等，导致诸多不利后果。
另外，充放电电流的大小往往会发生变化，需要对充放电电流进行准确的测量。
现有技术中一般通过采用检流电阻Rsns来对充放电电流进行测量，然而由于Rsns的使用，对充放电控制FET的导通阻抗提出更高要求，使得充放电控制FET的制作更加复杂。
发明内容
为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备。
根据本公开的一个方面，提供一种集成温度检测二极管的半导体器件，包括：
第一元胞区，所述第一元胞区形成充电控制场效应管，所述充电控制场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及，第二元胞区，所述第二元胞区形成有温度检测二极管，所述温度检测二极管检测所述半导体器件的当前温度；其中，所述第一元胞区与所述第二元胞区相邻地设置。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区还形成有放电控制场效应管，所述放电控制场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区与所述第二元胞区具有共同的金属基底，所述第二元胞区还形成第一金属电极，所述第一金属电极作为温度检测二极管的阳极，所述金属基底能够作为所述温度检测二极管的阴极。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述P型硅层临近所述第一金属电极设置，所述N型硅层临近所述金属基底设置。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一金属电极经由两个以上的接触孔与所述P型硅层接触。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述接触孔的底部形成有P型重掺杂区。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽由所述第一金属电极下方的氧化介质层延伸，穿过所述P型硅层并延伸进入N型硅层。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述第一元胞区与所述第二元胞区共用所述P型硅层以及所述N型硅层；所述金属基底能够作为所述充电控制场效应管的漏极，所述P型硅层的远离所述金属基底的一侧设置有第二金属电极以及第三金属电极，所述第二金属电极能够作为所述充电控制场效应管的源极，所述第三金属电极能够作为所述充电控制场效应管的栅极。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第三金属电极经由一个接触孔与经由P型硅层延伸进入N型硅层的第三沟槽接触。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第三沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二金属电极经由四个接触孔与P型硅层接触，其中两个接触孔沿第一方向排列，另两个接触孔沿第二方向排列，第一方向垂直于第二方向，所述四个接触孔的底部均形成有P型重掺杂区，且沿第一方向排列的两个接触孔的侧方均形成N型重掺杂区。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二金属电极下方的各个所述接触孔被第二沟槽间隔开。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一金属电极、第二金属电极以及第三金属电极之间通过PAD介质层进行间隔。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区与所述第二元胞区具有共同的金属基底，所述第二元胞区还形成两个第一金属电极，所述两个第一金属电极分别作为温度检测二极管的阳极和阴极。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述P型硅层临近所述第一金属电极设置，所述N型硅层临近所述金属基底设置。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，作为阳极的所述第一金属电极经由一个接触孔与所述P型硅层接触，作为阴极的所述第一金属电极经由一个接触孔以及N型重掺杂区与所述N型硅层接触。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述N型硅层具有凸形部，所述凸形部延伸进入所述P型硅层，且所述凸形部的顶端形成所述N型重掺杂区。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述金属基底与所述N型硅层之间形成有N型重掺杂基底层。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽由所述第一金属电极下方的氧化介质层延伸，穿过所述P型硅层并延伸进入N型硅层。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区与所述第二元胞区具有共同的金属基底，所述第二元胞区还形成两个第一金属电极，所述两个第一金属电极分别作为温度检测二极管的阳极和阴极；
所述阳极与所述阴极分别通过接触孔与多晶硅层接触，所述多晶硅层中临近所述阳极的接触孔的区域形成P型掺杂区，所述多晶硅层中临近所述阴极的接触孔的区域形成N型掺杂区。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述P型硅层以及所述N型硅层均延伸至所述第二元胞区；所述多晶硅层与所述P型硅层之间通过至少一层间隔层进行间隔。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽由所述第一金属电极下方的氧化介质层延伸，穿过所述P型硅层并延伸进入N型硅层。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述多晶硅层设置在所述氧化介质层之中。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区的第二金属电极以及所述第三金属电极所在的层与所述P型硅层之间设置所述氧化介质层，所述第一元胞区与所述第二元胞区共用所述氧化介质层。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区还形成有至少一个充电电流辅助检测场效应管，所述充电电流辅助检测场效应管的漏极与所述充电控制场效应管的漏极连接，所述充电电流辅助检测场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
根据本公开的至少一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，所述第一元胞区还形成有至少一个放电电流辅助检测场效应管，所述放电电流辅助检测场效应管的漏极与所述放电控制场效应管的漏极连接，所述放电电流辅助检测场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
根据本公开的另一个方面，提供一种电池系统，包括：上述任一个实施方式的半导体器件，所述半导体器件对电池装置进行充电/放电控制。
根据本公开的至少一个实施方式的电池系统，所述半导体器件还对电池装置的充电电流/放电电流进行检测。
根据本公开的又一个方面，提供一种用电设备，包括：电池装置；以及，上述任一个实施方式的电池系统，所述电池系统至少对所述电池装置进行充电/放电控制。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是根据本公开的一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是根据本公开的又一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件的结构示意图。
图4是图3的俯视图。
图5是根据本公开的又一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件的结构示意图。
图6是图5的俯视图。
图7是根据本公开的一个实施方式的电池系统的电路结构示意图。
图8是根据本公开的一个实施方式的电池系统的工作原理示意图之一。
图9是根据本公开的一个实施方式的电池系统的工作原理示意图之二。
图10是根据本公开的一个实施方式的用电设备的结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
为了描述性目的，本公开可使用诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、“下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
下文结合图1至图10对本公开的集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备进行详细说明。
首先参考图1至图6对本公开的集成温度检测二极管的半导体器件10/20/30进行详细说明。
根据本公开的一个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10/20/30，包括：
第一元胞区，第一元胞区形成充电控制场效应管Ma，充电控制场效应管Ma的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及，第二元胞区，第二元胞区形成有温度检测二极管，温度检测二极管检测半导体器件的当前温度；其中，第一元胞区与第二元胞区相邻地设置。
图1、图3、图5均为纵向剖视图，示出了本公开的不同实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件的结构。
根据本公开的优选实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，第一元胞区还形成有放电控制场效应管Mb，放电控制场效应管Mb的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
其中，充电控制场效应管Ma与放电控制场效应管Mb可以采用相同的半导体构造。
图1至6中，标记109为静电隔离层，其优选地采用多晶硅。
参考图1和图2，根据本公开的一个优选实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，第一元胞区与第二元胞区具有共同的金属基底101，第二元胞区还形成第一金属电极108，第一金属电极108作为温度检测二极管的阳极，金属基底101能够作为温度检测二极管的阴极。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，优选地，第二元胞区还包括P型硅层104以及N型硅层103，P型硅层104临近第一金属电极108设置，N型硅层103临近金属基底101设置。
其中，N型硅层103与金属基底101之间设置N型重掺杂硅层102。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，参考图1和图2，优选地，第一金属电极108经由两个以上的接触孔110与P型硅层104接触。图1和图2中均示出了两个与第一金属电极108对应的接触孔110。
其中，与第一金属电极108对应的接触孔110的底部均形成有P型重掺杂区。
优选地，对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
图1和图2示出了经由三个隔离沟槽将第一元胞区与第二元胞区进行功能隔离。
参考图1，对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，优选地，隔离沟槽由第一金属电极108下方的氧化介质层105延伸，穿过P型硅层104并延伸进入N型硅层103。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件10，隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
对于本公开的集成温度检测二极管的半导体器件，参考图1至图6，第一元胞区还包括P型硅层104以及N型硅层103，第一元胞区与第二元胞区共用P型硅层104以及N型硅层103。
参考图1至图6，金属基底101能够作为充电控制场效应管Ma的漏极，P型硅层103的远离金属基底101的一侧设置有第二金属电极106以及第三金属电极107，第二金属电极106能够作为充电控制场效应管Ma的源极，第三金属电极107能够作为充电控制场效应管Ma的栅极。
对于本公开的集成温度检测二极管的半导体器件，优选地，参考图1至图6，第三金属电极107经由一个接触孔与经由P型硅层104延伸进入N型硅层103的第三沟槽接触。第三沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
对于本公开的集成温度检测二极管的半导体器件，优选地，第二金属电极106经由四个接触孔与P型硅层103接触，其中两个接触孔沿第一方向排列，另两个接触孔沿第二方向排列，第一方向垂直于第二方向，四个接触孔的底部均形成有P型重掺杂区，且沿第一方向(图示的水平方向)排列的两个接触孔的侧方均形成N型重掺杂区。
对于本公开的集成温度检测二极管的半导体器件，优选地，参考图1至图6，第二金属电极106下方的各个接触孔被第二沟槽间隔开。
其中，第二沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
对于本公开的集成温度检测二极管的半导体器件，第一金属电极108、第二金属电极106以及第三金属电极107之间通过PAD介质层进行间隔。
根据本公开的又一个优选实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件20，参考图3和图4，第一元胞区与第二元胞区具有共同的金属基底201，第二元胞区还形成两个第一金属电极208，两个第一金属电极208分别作为温度检测二极管的阳极和阴极。
优选地，参考图3和图4，第二元胞区还包括P型硅层204以及N型硅层203，P型硅层204临近第一金属电极208设置，N型硅层203临近金属基底201设置。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件20，作为阳极的第一金属电极208经由一个接触孔与P型硅层204接触，作为阴极的第一金属电极208经由一个接触孔以及N型重掺杂区与N型硅层203接触。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件20，N型硅层203具有凸形部，凸形部延伸进入P型硅层204，且凸形部的顶端形成N型重掺杂区。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件20，金属基底201与N型硅层203之间形成有N型重掺杂基底层202。
参考图3和图4，第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
图3和图4中，第二元胞区经由三个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。
优选地，集成温度检测二极管的半导体器件20，隔离沟槽由第一金属电极208下方的氧化介质层205延伸，穿过P型硅层204并延伸进入N型硅层203。其中，隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
根据本公开又一个优选实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件30，参考图5和图6，第一元胞区与第二元胞区具有共同的金属基底301，第二元胞区还形成两个第一金属电极308，两个第一金属电极308分别作为温度检测二极管的阳极和阴极；
阳极与阴极分别通过接触孔与多晶硅层314接触，多晶硅层314中临近阳极的接触孔的区域形成P型掺杂区，多晶硅层314中临近阴极的接触孔的区域形成N型掺杂区。
对于上述实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件30，优选地，第一元胞区还包括P型硅层304以及N型硅层303，P型硅层304以及N型硅层303均延伸至第二元胞区；多晶硅层314与P型硅层304之间通过至少一层间隔层(图5中示出了第一间隔层312和第二间隔层313)进行间隔。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件30，优选地，第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔。图5和图6中示出了两个隔离沟槽。
参考图5和图6，隔离沟槽由第一金属电极308下方的氧化介质层305延伸，穿过P型硅层304并延伸进入N型硅层303。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件30，优选地，多晶硅层314设置在氧化介质层305之中。
优选地，隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件30，优选地，第一元胞区的第二金属电极306以及第三金属电极307所在的层与P型硅层304之间设置氧化介质层305，第一元胞区与第二元胞区共用氧化介质层305。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，优选地，第一元胞区还形成有至少一个充电电流辅助检测场效应管Sa，充电电流辅助检测场效应管的漏极与充电控制场效应管的漏极连接，充电电流辅助检测场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
对于上述各个实施方式的集成温度检测二极管的半导体器件，优选地，第一元胞区还形成有至少一个放电电流辅助检测场效应管Sb，放电电流辅助检测场效应管的漏极与放电控制场效应管的漏极连接，放电电流辅助检测场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
上文描述的集成温度检测二极管的半导体器件能够应用于本公开的电池系统。
下文结合图7至图9对本公开的电池系统进行详细说明。
下文结合图7至图9对本公开的电池系统及用电设备进行详细说明。
首先参考图7，根据本公开的一个实施方式的电池系统，包括：
集成温度检测二极管的半导体器件10/20/30及采集处理芯片50；集成温度检测二极管的半导体器件10/20/30包括：
充电控制场效应管Ma，充电控制场效应管Ma的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；
至少一个充电电流辅助检测场效应管Sa，充电电流辅助检测场效应管Sa的漏极与充电控制场效应管Ma的漏极连接，充电电流辅助检测场效应管Sa的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及，温度检测二极管Diode，温度检测二极管Diode检测半导体器件10/20/30的当前温度T；采集处理芯片50包括：
辅助电流生成装置(包括电流源装置520)，辅助电流生成装置生成辅助电流以至少流经处于导通状态下的充电电流辅助检测场效应管Sa；
电压采集装置，电压采集装置至少采集被辅助电流流经的充电电流辅助检测场效应管Sa的源漏极之间电压及被充电电流流经的充电控制场效应管Ma的源漏极之间电压；以及，逻辑处理电路530，逻辑处理电路530至少基于充电电流辅助检测场效应管Sa的源漏极之间电压、充电控制场效应管Ma的源漏极之间电压及辅助电流获得充电电流的大小。
其中，逻辑处理电路530可以包括乘除法运算电路，来执行预先设置的运算处理逻辑，以获得充电电流的大小。
逻辑处理电路530可以是芯片的形式或者芯片的一部分的形式，乘除法运算电路的电路结构可以采用现有技术。
图7中，半导体器件10/20/30包括多个端口D1、S3、S3R、S1、S1R、G1、G2、S2R、S2等。
图7中，半导体器件10/20/30还包括第一采样滤波电阻Res1(设置在Sa管的源极与端口S1R之间)、第二采样滤波电阻Res2(设置在Sb管的源极与端口S2R之间)、第三采样滤波电阻Res3(设置在Ma管的源极与端口S3R之间)，半导体器件10还包括第一采样滤波电容C1(设置在端口S3R与端口S1R之间)、第二采样滤波电容C2(设置在端口S1R与端口S2R之间)。
图7中，采集处理芯片50包括多个端口S3H、D1H、S3RH、S1H、S1RH、CHG、DSG、S2RH、S2H、RT。
半导体器件10/20/30的各个端口与采集处理芯片50的各个端口之间的连接方式参见图7。
图7中PACK+为电池包的正极端，PACK-为电池包的负极端。
电池装置40可以是电池单元或者多个电池单元组成的电池组。
对于上述实施方式的电池系统，半导体器件10/20/30还包括：
放电控制场效应管Mb，放电控制场效应管Mb的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及，至少一个放电电流辅助检测场效应管Sb，放电电流辅助检测场效应管Sb的漏极与放电控制场效应管Mb的漏极连接，放电电流辅助检测场效应管Sb的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
图7中，本公开的电池系统的各个场效应管Ma、Mb、Sa、Sb示例性的为N型FET，本领域技术人员可以对其进行调整，均落入本公开的保护范围。
如图7所示，电池系统的充电控制场效应管Ma与放电控制场效应管Mb串联以使得充电控制场效应管Ma与放电控制场效应管Mb能够设置于充放电回路之中。
充电控制场效应管Ma的漏极与放电控制场效应管Mb的漏极连接，充电电流辅助检测场效应管Sa的漏极与充电控制场效应管Ma的漏极连接，放电电流辅助检测场效应管Sb的漏极与放电控制场效应管Mb的漏极连接。
对于上述各个实施方式的电池系统，温度检测二极管Diode检测充电控制场效应管Ma的当前温度。
图7示例性地示出了温度检测二极管的设置位置和设置方式，本领域技术人员在本公开技术方案的基础上，可以对其设置位置、设置方式等进行调整，以检测充电控制场效应管Ma和/或放电控制场效应管Mb的温度，或检测两者的临近区域的温度。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，充电控制场效应管Ma以及放电控制场效应管Mb设置在电池包的正极端PACK+与电池包内的电池装置40的正极端B+之间。
对于上述各个实施方式的电池系统，采集处理芯片50还包括FET驱动器510，FET驱动器510用于向充电控制场效应管Ma的栅极提供控制信号、向放电控制场效应管Mb的栅极提供控制信号、向充电电流辅助检测场效应管Sa的栅极提供控制信号及向放电电流辅助检测场效应管Sb的栅极提供控制信号。
FET驱动器生成控制信号(驱动信号)属于现有技术，FET驱动器可以基于预先设置的驱动逻辑生成控制信号(驱动信号)，FET驱动器可以是半导体芯片或者半导体芯片的一部分，本公开不意图对FET驱动器的电路结构进行特别限定。
如图7所示，FET驱动器可以通过端口CHG和端口G1向Ma管和Sa管的栅极提供控制信号，通过端口DSG和端口G2向Mb管和Sb管的栅极提供控制信号。
对于上述各个实施方式的电池系统，还包括零温度系数电阻Rext；辅助电流生成装置520生成的辅助电流(测试时和实际使用时均可以是1mA)能够分别流经零温度系数电阻Rext及导通状态下的充电电流辅助检测场效应管Sa；
电压采集装置包括第一电压采集部501，第一电压采集部501采集辅助电流流经零温度系数电阻Rext时零温度系数电阻Rext的两端电压VRext。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，电压采集装置包括第二电压采集部502以及第三电压采集部503，第二电压采集部502至少对充电电流辅助检测场效应管Sa被辅助电流流经时的源漏极之间电压(Vds_SaT)进行采集，第三电压采集部503至少对充电控制场效应管Ma被充电电流流经时的源漏极之间电压(Vds_MaT)进行采集。
如图7所示，辅助电流生成装置520为电流镜，电流镜优选为1:1电流镜。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，逻辑处理电路530基于零温度系数电阻Rext的阻值、零温度系数电阻Rext的两端电压VRext以及充电电流辅助检测场效应管Sa被辅助电流流经时的源漏极之间电压Vds_SaT，获得充电电流辅助检测场效应管Sa在当前温度T下的导通阻抗Ron_SaT；
逻辑处理电路530基于充电电流辅助检测场效应管Sa在当前温度T下的导通阻抗Ron_SaT以及充电电流辅助检测场效应管Sa在基准温度(T0，即FT时)下的导通阻抗Ron_Sa0，获得场效应管导通阻抗随温度变化的比例系数βT＝Ron_SaT/Ron_Sa0；
逻辑处理电路530基于比例系数βT以及充电控制场效应管Ma在基准温度(T0，即FT时)下的导通阻抗Ron_Ma0获得充电控制场效应管Ma在当前温度T下的导通阻抗Ron_MaT；
Ron_MaT＝βT×Ron_Ma0。
本公开通过将充电控制场效应管Ma、充电电流辅助检测场效应管Sa、放电控制场效应管Mb以及放电电流辅助检测场效应管Sb均采用相同的材质以及制造工艺制造或者形成，使得通过Sa管测得的比例系数βT适用于Ma管。
即：逻辑处理电路530(乘除法运算电路)基于充电电流辅助检测场效应管Sa在当前温度T下的导通阻抗Ron_SaT、在基准温度下的导通阻抗Ron_Sa0及充电控制场效应管Ma在基准温度(T0，即FT时)下的导通阻抗Ron_Ma0获得充电控制场效应管Ma在当前温度T下的导通阻抗Ron_MaT。
进一步地，逻辑处理电路530(乘除法运算电路)基于充电控制场效应管Ma被充电电流流经时的源漏极之间电压Vds_MaT及在当前温度T下的导通阻抗Ron_MaT获得流经充电控制场效应管Ma的充电电流Ids_Ma。
对于上述各个实施方式的电池系统，充电控制场效应管Ma在基准温度(T0，即FT时)下的导通阻抗Ron_Ma0为预先获得的导通阻抗。例如可通过在封装测试时(FT)获得。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，FET驱动器510向充电控制场效应管Ma的栅极、放电控制场效应管Mb的栅极、充电电流辅助检测场效应管Sa的栅极及放电电流辅助检测场效应管Sb的栅极提供控制信号，使得充电控制场效应管Ma、放电控制场效应管Mb、充电电流辅助检测场效应管Sa及放电电流辅助检测场效应管Sb均处于导通状态，向电池包的正极端PACK+灌入测试充电电流(例如1A)，第三电压采集部503采集此时充电控制场效应管Ma的源漏极之间电压Vds_Ma0_1A，逻辑处理电路530基于充电控制场效应管Ma被流经测试充电电流1A时的源漏极之间电压Vds_Ma0_1A以及测试充电电流(1A)获得充电控制场效应管Ma在基准温度(T0，即FT时)下的导通阻抗Ron_Ma0，即Ron_Ma0＝Vds_Ma0_1A/1A。
图8为以粗线的形式示出的测试充电电流的方向以及通过第三电压采集部503分别经由端口S3RH、端口S3R、第三采样滤波电阻Res3，以及经由端口S1RH、端口S1R、第一采样滤波电阻Res1、Sa管对Ma管的源漏极之间电压Vds_Ma0_1A进行采集的示意图。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，充电电流辅助检测场效应管Sa在基准温度T0下的导通阻抗Ron_Sa0为预先获得的导通阻抗。可通过在封装测试时获得。
如图9所示，电池系统的逻辑处理电路530基于零温度系数电阻Rext的阻值、零温度系数电阻Rext的两端电压VRext0以及充电电流辅助检测场效应管Sa被辅助电流流经时的源漏极之间电压Vds_Sa0，获得充电电流辅助检测场效应管Sa在基准温度T0下的导通阻抗Ron_Sa0，即Ron_Sa0＝Rext×Vds_Sa0/VRext0。
图9为以粗线的形式示出的辅助电流(1mA)的方向以及通过第一电压采集部501经由端口RT对零温度系数电阻Rext的两端电压VRext0进行采集、通过第二电压采集部502分别经由端口S1RH、端口S1R、第一采样滤波电阻Res1，以及经由端口S2RH、端口S2R、第二采样滤波电阻Res2、Sb管对Sa管的源漏极之间电压Vds_Sa0进行采集的示意图。
辅助电流(1mA)由电流源装置520生成，使得辅助电流流经Sa管，被镜像的辅助电流流经零温度系数电阻Rext。
如图7至图9所示，电压采集装置优选地包括第一电压采集部501、第二电压采集部502以及第三电压采集部503，图7至图9中以经由Ma管辅助对充电电流的测量过程进行了说明，本领域技术人员可以对电压采集部的数量进行调整，以经由Mb管辅助对放电电流进行检测，不再赘述。
如图7至图9所示，各个电压采集部具有相同的电路结构，均包括电荷转移电容、开关组(4个开关)、放大器及ADC转换器，需要说明的是，图7至图9示出的电压采集部的电路结构仅是本公开的优选电路结构，本领域技术人员在本公开技术方案的启示下，可以对电压采集部的的电路结构进行调整，均落入本公开的保护范围。
对于上述各个实施方式的电池系统，优选地，充电电流辅助检测场效应管Sa的沟道宽长比与充电控制场效应管Ma的沟道宽长比的比值为1：M，其中M大于等于1。
本公开中，充电电流辅助检测场效应管Sa的沟道宽长比与充电控制场效应管Ma的沟道宽长比优选为相等。
优选地，放电电流辅助检测场效应管Sb的沟道宽长比与放电控制场效应管Mb的沟道宽长比的比值为1：M，其中M大于等于1。
本公开中，放电电流辅助检测场效应管Sb的沟道宽长比与放电控制场效应管Mb的沟道宽长比优选为相等。
根据本公开的一个实施方式的电池系统，包括：上述任一个实施方式的半导体器件，半导体器件对电池装置40进行充电/放电控制。
优选地，半导体器件还对电池装置40的充电电流/放电电流进行检测。
根据本公开的至少一个实施方式的用电设备，参考图10，包括：电池装置40；以及，上述的电池系统，电池系统至少对电池装置40进行充电/放电控制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
此外，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至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，包括：
第一元胞区，所述第一元胞区形成充电控制场效应管，所述充电控制场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态；以及
第二元胞区，所述第二元胞区形成有温度检测二极管，所述温度检测二极管检测所述半导体器件的当前温度；
其中，所述第一元胞区与所述第二元胞区相邻地设置。
2.根据权利要求1所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第一元胞区还形成有放电控制场效应管，所述放电控制场效应管的栅极用于接收控制信号以处于导通状态。
3.根据权利要求1或2所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第一元胞区与所述第二元胞区具有共同的金属基底，所述第二元胞区还形成第一金属电极，所述第一金属电极作为温度检测二极管的阳极，所述金属基底能够作为所述温度检测二极管的阴极。
4.根据权利要求3所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第二元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述P型硅层临近所述第一金属电极设置，所述N型硅层临近所述金属基底设置。
5.根据权利要求4所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第一金属电极经由两个以上的接触孔与所述P型硅层接触。
6.根据权利要求5所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述接触孔的底部形成有P型重掺杂区。
7.根据权利要求4所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第二元胞区经由至少一个隔离沟槽与第一元胞区进行功能间隔；
优选地，所述隔离沟槽由所述第一金属电极下方的氧化介质层延伸，穿过所述P型硅层并延伸进入N型硅层；
优选地，所述隔离沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质。
8.根据权利要求3所述的集成温度检测二极管的半导体器件，其特征在于，所述第一元胞区还包括P型硅层以及N型硅层，所述第一元胞区与所述第二元胞区共用所述P型硅层以及所述N型硅层；所述金属基底能够作为所述充电控制场效应管的漏极，所述P型硅层的远离所述金属基底的一侧设置有第二金属电极以及第三金属电极，所述第二金属电极能够作为所述充电控制场效应管的源极，所述第三金属电极能够作为所述充电控制场效应管的栅极；
优选地，所述第三金属电极经由一个接触孔与经由P型硅层延伸进入N型硅层的第三沟槽接触；
优选地，所述第三沟槽填充氧化层介质或氧化层-多晶硅介质；
优选地，所述第二金属电极经由四个接触孔与P型硅层接触，其中两个接触孔沿第一方向排列，另两个接触孔沿第二方向排列，第一方向垂直于第二方向，所述四个接触孔的底部均形成有P型重掺杂区，且沿第一方向排列的两个接触孔的侧方均形成N型重掺杂区。
9.一种电池系统，其特征在于，包括：
权利要求1至8中任一项所述的半导体器件，所述半导体器件对电池装置进行充电/放电控制。
10.一种用电设备，其特征在于，包括：
电池装置；以及
权利要求9所述的电池系统，所述电池系统至少对所述电池装置进行充电/放电控制。
CN202111202921.2A 2021-10-15 2021-10-15 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备 Pending CN113984232A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111202921.2A CN113984232A (zh) 2021-10-15 2021-10-15 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111202921.2A CN113984232A (zh) 2021-10-15 2021-10-15 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113984232A true CN113984232A (zh) 2022-01-28

Family

ID=79738777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111202921.2A Pending CN113984232A (zh) 2021-10-15 2021-10-15 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113984232A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114496995A (zh) * 2022-04-18 2022-05-13 深圳市威兆半导体有限公司 一种带温度采样功能的屏蔽栅器件

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114496995A (zh) * 2022-04-18 2022-05-13 深圳市威兆半导体有限公司 一种带温度采样功能的屏蔽栅器件
CN114496995B (zh) * 2022-04-18 2022-06-17 深圳市威兆半导体有限公司 一种带温度采样功能的屏蔽栅器件

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9742207B2 (en) Cell protection system
US9515650B2 (en) Detecting and driving load using transistor
CN103207303A (zh) 功率晶体管中的电流测量
US20140117938A1 (en) Battery balancing converter comprising diagnostic means
CN110999024B (zh) 电池保护电路和包括该电路的电池组
US6414404B1 (en) Power switching circuit
US7126354B2 (en) Circuit configuration having a load transistor and a current measuring configuration, method for ascertaining the load current in a load transistor, semiconductor component, and measuring configuration
CN107278188A (zh) 用于运行电池的电池单体的方法、电池以及机动车
CN113984232A (zh) 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备
CN105703754A (zh) 电路和用于测量电流的方法
US8634215B2 (en) Rectifier circuit with a voltage sensor
US9893175B2 (en) Integrated circuit with a power transistor and a driver circuit integrated in a common semiconductor body
CN216524416U (zh) 集成温度检测二极管的半导体器件、电池系统及用电设备
US9864014B2 (en) System and method for assessing voltage threshold detecting circuitry within a battery pack
CN112072757A (zh) Vdmos器件、控制电路、电池管理芯片及电设备
JP2002526930A (ja) 電池駆動機器用双方向半導体スイッチとスイッチ回路
CN216350901U (zh) 电流检测装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备
CN216524415U (zh) 温度检测装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备
CN215954179U (zh) 高精度低功耗温度系数校准装置及电池管理芯片
CN113884742A (zh) 电流检测装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备
CN113884919A (zh) 电流采集电路、集成器件及电池管理系统
CN113984231A (zh) 温度检测装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备
CN212258509U (zh) Vdmos器件、控制电路、电池管理芯片及电设备
CN215870843U (zh) 电流检测装置、半导体芯片、电池管理系统及用电设备
CN216248264U (zh) 电流采集电路、集成器件及电池管理系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination