CN114793468A - 用于电池管理的氮化物基双向开关装置及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)端子、电压监测(VM)端子和接地端子。所述氮化物基双向开关装置包括氮化物基双向开关元件和适配模组，所述适配模组配置成从所述电池保护控制器接收DO信号和CO信号并产生用于控制所述双向开关元件的主控制信号。通过实施所述调适电路，所述氮化物基双向开关元件可与常规的电池保护控制器配合进行电池充电和放电管理。因此，氮化物基电池管理系统可实现有更高的操作频率以及更紧凑的尺寸。

Description

用于电池管理的氮化物基双向开关装置及其制造方法
技术领域
本发明总体上涉及一种氮化物基半导体双向开关装置。更确切地说，本发明涉及一种用于电池管理的氮化物基半导体双向开关装置。
背景技术
对于高功率密度电池的充电和放电，需要进行电池管理，以监测电池状态，确保运行安全。传统的电池管理系统配备有电池保护控制器和电子开关(通常为硅MOSFET)，用于在可能导致危险反应的关键条件下断开电池与充电器或负载的连接，并防止电池单元的可能损坏和电池故障。
氮化物基装置，如GaN基装置，由于其低功耗和快速的开关转换，在高频电能转换系统中得到了广泛的应用。与硅(Si)金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)相比，GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)在大功率和高频应用中具有更好的优值和更具前景的性能。因此，希望具有氮化物基电池管理系统，其可用于高频应用并且具有更紧凑的尺寸。更确切地说，需要氮化物基双向开关装置，其可与常规电池保护控制器配合进行电池充电和放电管理。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)端子、电压监测(VM)端子和接地端子。所述氮化物基双向开关装置包括氮化物基双向开关元件和适配模组，所述适配模组配置成从所述电池保护控制器接收DO信号和CO信号并产生用于控制所述双向开关元件的主控制信号。通过实施所述调适电路，所述氮化物基双向开关元件可与常规的电池保护控制器配合进行电池充电和放电管理。因此，氮化物基电池管理系统可实现有更高的操作频率以及更紧凑的尺寸。
根据本发明的另一方面，所述氮化物基双向开关装置进一步包括衬底电位管理模块，其配置成管理所述双向开关元件的主衬底的电位。通过实施所述衬底电位管理电路，不论所述双向开关装置的操作方向如何，所述双向开关元件的衬底电位基本上等于其传导端子的电位中的较低电位。因此，所述双向开关装置可在稳定的衬底电位下操作，以便进行双向电流传导。
附图说明
参考附图，根据以下详细描述可以很容易理解本公开的各方面。图示不一定按比例绘制。也就是说，为了清楚地论述，各个特征的尺寸可以任意增大或减小。由于制造工艺和公差，本公开中的工艺再现和实际设备之间可能存在区别。可贯穿附图和详细描述使用共同的附图标记来指示相同或类似组件。
图1A和1B是根据本公开的一些实施例的分别处于充电操作和放电操作的电池管理系统1的电路图；
图2是根据本发明的一个实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图3是根据本发明的另一实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图4是根据本发明的另一实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图5是根据本发明的另一实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图6是根据本发明的另一实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图7是根据本发明的另一实施例的双向开关装置的示例性电路的电路图；
图8示出用于形成电压钳位元件的每一个二极管如何替换为氮化物基晶体管；
图9A-9B示出与图2所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图10A-10B示出与图3所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图11示出与图4所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图12示出与图5所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图13示出与图6所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图14示出与图7所示的电路集成的氮化物基IC芯片的横截面；
图15A-15E示出根据本发明的各种实施例的在氮化物基IC芯片中形成的电阻结构；
图16A-16J示出根据本发明的各种实施例的氮化物基IC芯片制造方法的不同阶段；
图17A-17E示出根据本发明的各种实施例的形成电阻结构的步骤；且
图18示出根据本发明的各种实施例的形成镓穿孔(TGV)的步骤；
具体实施方式
在以下描述中，本公开的优选实例将结合附图阐述为实施例。描述和附图将被视为具说明性的而不是具限制性的。特定细节会被省略，以免使本公开晦涩；但是，本公开的编写是为了使本领域技术人员能够在不进行过度实验的情况下实践本文中的教示。
图1A和1B是根据本公开的一些实施例的电池管理系统1分别处于充电操作和放电操作的电路图。如图所示，电池管理系统1可包含电池保护控制器10、配置成与电池保护控制器10一起工作的氮化物基双向开关装置100、配置成与负载16和/或充电器14耦合的一对正负介接端口P+、P-，以及要通过从充电器14(如图1A中所示)接收电力来充电或通过向负载16(如图1B中所示)供应电力来放电的电池12。
电池保护控制器10可具有电耦合到电池12的正端子B+的功率输入节点Vcc和电耦合到电池12的负端子B-的接地节点Vss。任选地，可在电池12和电池保护控制器10之间实施RC电路18。
电池保护控制器10可进一步具有电压监测节点，其通过电压监测电阻器RVM电耦合到负介接端口P-以便接收用于过流检测的监测信号。
电池保护控制器10可进一步具有充电过流保护节点CO和放电过流保护节点DO，用于提供控制氮化物基双向开关装置100分别在充电和放电操作期间进行过流保护的控制信号。
具体地说，氮化物基双向开关装置100可包括配置成电连接到控制器的DO节点的控制端子Ctrl1和配置成电连接到控制器的CO节点的控制端子Ctrl2。氮化物基双向开关装置100可进一步包括配置成电连接到控制器的接地节点Vss(和电池12的负端子)的传导端子Cdct1和配置成电连接到负介接端口P-的传导端子Cdct2。
参考图1A。在充电操作期间，充电电流IC从充电器14传导到电池，并通过双向开关装置100从传导端子Cdct1流动到传导端子Cdct2。当检测到过流时，电池保护控制器10在充电过流保护节点CO处产生控制信号，用于控制氮化物基双向开关装置100断开电池12与充电器14的连接。
参考图1B。在放电操作期间，放电电流ID从电池12传导到负载16，并且通过双向开关装置100从传导端子Cdct2流动到传导端子Cdct1。当检测到过流时，电池保护控制器10在放电过流保护节点DO处产生控制信号，用于控制氮化物基双向开关装置100断开电池12与负载16的连接。
图2-7是根据本发明的各种实施例的双向开关装置100的各个示例性电路100A-100F的电路图。如图2-7中所示，双向开关装置100大体上可包括主开关元件Sm和适配模组200A-F，所述适配模组配置成分别从控制端子Ctrl1和控制端子Ctrl2接收DO信号和CO信号并产生用于控制主开关元件Sm的主控制信号。
主开关元件Sm可具有电连接到适配模组200A-F的控制电极、连接到传导端子Cdct1的第一传导电极和连接到传导端子Cdct2的第二传导电极。主开关元件Sm可以是氮化物基晶体管，其栅极充当主开关元件Sm的控制电极，漏极充当主开关元件Sm的第一传导电极，且源极充当主开关元件Sm的第二传导电极。优选地，氮化物基晶体管是AlGaN/GaN增强型(E型)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
在充电和放电的正常操作期间，高电平电压施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压施加到控制端子Ctrl2，主开关元件Sm接通，使得电流能够在传导端子Cdct1和Ccdt 2之间在两个方向上流动。
当在放电操作期间检测到过流时，低电平电压施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压施加到控制端子Ctrl2，主开关元件Sm断开，以断开电池与负载的连接，以便保护电池不过度放电或短路。
当在充电操作期间检测到过流时，高电平施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压施加到控制端子Ctrl2，主开关元件Sm断开，以断开电池与充电器的连接，以便保护电池不过度充电。
参考图2、4和6。适配模组200A、200C和200E可包括电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1。
电压钳位元件D1可具有电连接到控制端子Ctrl1的正电极和电连接到互连节点A的负电极。电压钳位元件D2可具有电连接到第二控制端子Ctrl2的正电极和电连接到互连节点A的负电极。
辅助开关元件S1可具有电连接到控制端子Ctrl1的控制电极、连接到互连节点A的第一传导电极和连接到互连节点B的第二传导电极。辅助开关元件S2可具有电连接到第二控制端子Ctrl2的控制电极、连接到互连节点B的第一传导电极和连接到主开关元件Sm的控制电极的第二传导电极。
电阻元件R1可具有电连接到主开关元件Sm的控制电极的第一电极和电连接到传导端子Cdct1的第二电极。
电压钳位元件D1、D2配置成分别将主开关元件Sm与控制端子Ctrl1和Ctrl2隔离，以便在正常操作下当控制端子Ctrl1和Ctrl2处的电压电平不相同时，保护主开关元件Sm不会因为短路而损坏。
电压钳位元件D1、D2可选择为具有合适的正向电压，用于将施加到主开关元件Sm的控制电极的电压钳位到所需要的电平，以便确保主开关元件Sm可以正常操作。一般来说，电压钳位元件D1和D2可具有基本上相同的正向电压VF1和VF2。
辅助开关元件S1和S2配置成将分别从控制端子Ctrl1和Ctrl2接收的控制信号传送到主控制信号中以控制主开关元件Sm。
在充电和放电的正常操作期间，电池保护控制器10可在DO和CO两个节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，高电平电压VCtrl1_P(10V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1和D2均正向偏置。辅助开关元件S1和S2均接通。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压被上拉到等于VCtrl1_P-VF1(或VCtrl2_P-VF2)的高电平电压。然后，主开关元件Sm接通，使得充电/放电电流能够在传导端子Cdct1和Ccdt 2之间流动。
当在放电操作期间检测到过流或者电池12完全放电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)，并在CO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，低电平电压VCtrl1_L(0V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1反向偏置，电压钳位元件D2正向偏置。辅助开关元件S1断开，辅助开关元件S2接通。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压通过电阻元件R1下拉到连接到电池12的负端子B-的传导端子Cdct1的电压电平(即，接地电位＝0V)。然后，主开关元件Sm断开，以断开电池12与负载16的连接，以便可以保护电池不过度放电或发生过流。
当在充电操作期间检测到过流或者电池12充满电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)，并在CO节点处产生低电平电压信号(例如，-10V)，使得高电平电压VCtrl1_P(10V)施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压VCtrl2_N(-10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1正向偏置，电压钳位元件D2反向偏置。辅助开关元件S1接通，辅助开关元件S2断开。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压被下拉到连接到电池12的负端子B-的传导端子Cdct1的电压电平(即，接地电位＝0V)。然后，主开关元件Sm断开，以断开电池12与充电器14的连接，以便可以保护电池不过度充电或发生过流。
参考图3、5和7，适配模组200B、200D和200F分别类似于适配模组200A、200C和200E，但适配模组200B、200D和200F进一步包括电压钳位元件D3，其具有电连接到主开关元件Sm的控制电极的正电极和电连接到控制端子Ctrl2的负电极。一般来说，电压钳位元件D3可具有与正向电压VF1和VF2基本上相同的正向电压VF3。
在充电和放电的正常操作期间，电池保护控制器10可在DO和CO两个节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，高电平电压VCtrl1_P(10V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1、D2和D3都正向偏置。辅助开关元件S1和S2均接通。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压被上拉到等于VCtrl1_P-VF1(或VCtrl2_P-VF2)的高电平电压。然后，主开关元件Sm接通，使得充电/放电电流能够在传导端子Cdct1和Ccdt 2之间流动。
当在放电操作期间检测到过流或者电池12完全放电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)，并在CO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，低电平电压VCtrl1_L(0V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1和D3反向偏置，电压钳位元件D2正向偏置。辅助开关元件S1断开，辅助开关元件S2接通。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压通过电阻元件R1下拉到连接到电池12的负端子B-的传导端子Cdct1的电压电平(即，0V)。然后，主开关元件Sm断开，以断开电池12与负载16的连接，以便可以保护电池不过度放电或发生过流。
当在充电操作期间检测到过流或者电池12充满电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)，并在CO节点处产生低电平电压信号(例如，-10V)，使得高电平电压VCtrl1_P(10V)施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压VCtrl2_N(-10V)施加到控制端子Ctrl2。电压钳位元件D1和D3正向偏置，电压钳位元件D2反向偏置。辅助开关元件S1接通，辅助开关元件S2断开。因此，主开关元件Sm的控制电极处的电压被拉到等于VCtrl2_N+VF3的电压电平。然后，主开关元件Sm断开，以断开电池12与充电器14的连接，以便可以保护电池不过度充电或发生过流。
在一些实施例中，适配模组200A-200F可进一步包含：电压钳位元件D4(未示出)，其具有电连接到控制端子Ctrl1的正电极和电连接到辅助开关元件S1的控制电极的负电极；以及电压钳位元件D5(未示出)，其具有电连接到控制端子Ctrl2的正电极和电连接到辅助开关元件S2的控制电极的负电极。
如图4-7中所示，双向开关装置100可进一步包括衬底电位管理模块300C-F，其配置成管理主开关元件Sm的主衬底SUB的电位，使其基本上等于第一和第二传导端子的电位中的较低电位。
在充电和放电的正常操作期间，高电平电压施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压施加到控制端子Ctrl2，衬底电位管理模块300C-F可管理主衬底SUB的电位，使其基本上等于接地电位。
当在放电操作期间检测到过流时，低电平电压施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压施加到控制端子Ctrl2，衬底电位管理模块300C-F可管理主衬底SUB的电位，使其基本上等于接地电位。
当在充电操作期间检测到过流时，高电平电压施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压施加到控制端子Ctrl2，衬底电位管理模块300C-F可管理主衬底SUB的电位，使其基本上等于第二传导端子的电位。
参考图4和5。衬底电位管理模块300C/300D可包括辅助开关元件S3和辅助开关元件S4。
辅助开关元件S3可具有电连接到控制端子Ctrl2的控制电极、电连接到传导端子Cdct1的第一传导电极、电连接到主开关元件Sm的主衬底SUB的第二传导电极。辅助开关元件S4可具有电连接到控制端子Ctrl1的控制电极、电连接到传导端子Cdct2的第一传导电极、电连接到主开关元件Sm的主衬底SUB的第二传导电极。
在充电和放电的正常操作期间，电池保护控制器10可在DO和CO两个节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，高电平电压VCtrl1_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3和S4均接通。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Rs3,on/(Rs3,on+Rs4,on)，其中VCdct1和VCdct2分别是传导端子Cdct1和Cdct2处的电压电位，Rs3,on和Rs4,on分别是辅助开关元件S3和S4的导通电阻。VCdct1等于接地电位(即，0V)。主开关元件接通。VCdct2等于主开关元件Sm的导通状态漏极-源极电压Vm,on。因为Vm,on极小，所以Vsub基本上等于与接地电位(即，0V)相等的VCdct1。
当在放电操作期间检测到过流或者电池12完全放电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)，并在CO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，低电平电压VCtrl1_L(即，0V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3接通，辅助开关元件S4断开。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Rs3,on/(Rs3,on+Rs4,off)，其中Rs4,off是S4的断开电阻。VCdct1等于接地电位(0V)。主开关元件Sm断开。VCdct2高于VCdct1，差等于主开关元件Sm的断开状态漏极-源极电压Vm,off。也就是说，VCdct2＝VCdct1+Vm,off＝Vm,off。因为Rs4,off比Rs3,on大得多，所以衬底电位Vsub基本上等于与接地电位(即，0V)相等的VCdct1。
当在充电操作期间检测到过流或者电池12充满电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)，并在CO节点处产生低电平电压信号(例如，-10V)，使得高电平电压VCtrl1_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压VCtrl2_N(即，-10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3断开，辅助开关元件S4接通。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Rs3,off/(Rs3,off+Rs4,on)，其中Rs3,off是辅助开关元件S3的断开电阻。VCdct1等于接地电位(0V)。主开关元件断开。VCdct2低于VCdct1，差等于主开关元件Sm的断开状态漏极-源极电压Vm,off。也就是说VCdct2＝VCdct1-Vm,off＝-Vm,off。因为Rs3,off比Rs4,on大得多，所以衬底电位Vsub基本上等于与-Vm,off相等的VCdct2。
参考图6和7，衬底电位管理模块300E/300F分别类似于衬底电位管理模块300C/300D，但衬底电位管理模块300E/300F进一步包括电阻元件R2，其具有电连接到主开关元件Sm的主衬底SUB的第一电极和电连接到传导端子Cdct1的第二电极。
在充电和放电的正常操作期间，电池保护控制器10可在DO和CO两个节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，高电平电压VCtrl1_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3和S4均接通。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Rs3,on/(Rs3,on+Rs4,on)。VCdct1等于接地电位(即，0V)。主开关元件接通。VCdct2等于主开关元件Sm的导通状态漏极-源极电压Vm,on。因为Vm,on极小，所以Vsub基本上等于与接地电位(即，0V)相等的VCdct1。
当在放电操作期间检测到过流或者电池12完全放电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)，并在CO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)。也就是说，低电平电压VCtrl1_L(即，0V)施加到控制端子Ctrl1，且高电平电压VCtrl2_P(即，10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3接通，辅助开关元件S4断开。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Req,on/(Req,on+Rs4,off)，其中Req,on＝R2*Rs3,on/(R2+Rs3,on)，其为并联连接的R2和Rs3,on的等效电阻。VCdct1等于接地电位(0V)。主开关元件Sm断开。VCdct2高于VCdct1，差等于主开关元件Sm的断开状态漏极-源极电压Vm,off。也就是说，VCdct2＝VCdct1+Vm,off＝Vm,off。因为Rs4,off比Req,on大得多，所以衬底电位Vsub基本上等于与接地电位(即，0V)相等的VCdct1。
替代地，当在放电操作期间检测到过流或者电池12完全放电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)，并在CO节点处产生低电平电压信号(例如，0V)。也就是说，低电平电压VCtrl1_L(即，0V)施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压VCtrl2_P(即，0V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3和S4均断开。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Req,off/(Req,off+Rs4,off)，其中Req,off＝R2*Rs3,off/(R2+Rs3,off)，其为并联连接的R2和Rs3,off的等效电阻。VCdct1等于接地电位(0V)。主开关元件Sm断开。VCdct2高于VCdct1，差等于主开关元件Sm的断开状态漏极-源极电压Vm,off。也就是说，VCdct2＝VCdct1+Vm,off＝Vm,off。因为Rs4,off类似于Req,off，所以衬底电位Vsub基本上等于接地电位(即，0V)。
当在充电操作期间检测到过流或者电池12充满电时，电池保护控制器10可在DO节点处产生高电平电压信号(例如，10V)，并在CO节点处产生低电平电压信号(例如，-10V)，使得高电平电压VCtrl1_P(即，0V)施加到控制端子Ctrl1，且低电平电压VCtrl2_N(即，-10V)施加到控制端子Ctrl2。辅助开关元件S3断开，辅助开关元件S4接通。衬底电位Vsub由下式给出：Vsub＝VCdct1+VCdct2*Req,off/(Req,off+Rs4,on)。VCdct1等于接地电位(0V)。主开关元件断开。VCdct2低于VCdct1，差等于主开关元件Sm的断开状态漏极-源极电压Vm,off。也就是说VCdct2＝VCdct1-Vm,off＝-Vm,off。因为Req,off比Rs4,on大得多，衬底电位Vsub基本上等于与-Vm,off相等的VCdct2。
在一些实施例中，衬底电位管理模块300C-300F可进一步包含：电压钳位元件D6(未示出)，其具有电连接到控制端子Ctrl2的正电极和电连接到辅助开关元件S3的控制电极的负电极；以及电压钳位元件D7(未示出)，其具有电连接到控制端子Ctrl1的正电极和电连接到辅助开关元件S4的控制电极的负电极。
电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7可包括二极管，其阳极充当电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7的正电极，阴极充当电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7的负电极。替代地，电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7可包括串联连接的多个二极管，二极管一端的阳极充当电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7的正电极，二极管另一端的阴极充当电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7的负电极。
如图8中所示，用于形成电压钳位元件D1/D2/D3/D4/D5/D6/D7的每个二极管可替换为晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当二极管阳极，且其漏极配置成充当二极管阴极。晶体管可以是Si MOSFET或AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。
辅助开关元件S1/S2/S3/S4可以是晶体管，其栅极充当辅助开关元件S1/S2/S3/S4的控制电极，漏极充当辅助开关元件S1/S2/S3/S4的第一传导电极，且源极充当辅助开关元件S1/S2/S3/S4的第二传导电极。晶体管可以是Si MOSFET或AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)。
电阻元件R1/R2可以是电阻器，其第一端子充当电阻元件R1/R2的第一电极，且第二端子充当电阻元件R1/R2的第二电极。
电阻器R1可被选择为具有比辅助开关元件S1/S2的导通电阻高得多且比辅助开关元件S1/S2的断开电阻低得多的电阻值。例如，电阻器R1可被选择为具有在大致0.1Ω到大致1GΩ的范围内的电阻值。
电阻器R2可被选择为具有比辅助开关元件S3/S4的导通电阻高得多且比辅助开关元件S3/S4的断开电阻低得多的电阻值。例如，电阻器R2可被选择为具有在大致0.1Ω到大致1GΩ的范围内的电阻值。
氮化物基双向开关装置100可集成到氮化物基集成电路(IC)芯片中。图9A-9B和10A-10B示出了分别集成了电路100A和100B的氮化物基IC芯片的横截面。为简单起见，图11和12示出了分别集成了分别基于电路100A和100B的电路100C和100D的氮化物基IC芯片的横截面；且图13和14示出了分别集成了分别基于电路100A和100B的电路100E和100F的氮化物基IC芯片的横截面。
参考图9A-9B。集成了电路100A的氮化物基IC芯片可包含衬底102、第一氮化物基半导体层104、第二氮化物基半导体层106、栅极结构110、S/D电极116、第一钝化层124、第二钝化层126、第三钝化层128、一个或多个第一导电通孔132、一个或多个第二导电通孔136、一个或多个第一导电线142、一个或多个第二导电线146、保护层154、导电衬垫170和电阻结构180。
衬底102可以是半导体衬底。衬底102的示例性材料可包含例如但不限于：Si、SiGe、SiC、砷化镓、p掺杂Si、n掺杂Si、蓝宝石、绝缘体上硅(SOI)等绝缘体上半导体或其它合适的半导体材料。在一些实施例中，衬底102可包含例如但不限于：III族元素、IV族元素、V族元素或其组合(例如，III-V化合物)。在其它实施例中，衬底102可包含例如但不限于一个或多个其它特征，例如掺杂区、埋层、外延(epi)层或其组合。
氮化物基半导体层104安置在衬底102之上。氮化物基半导体层104的示例性材料可包含例如但不限于氮化物或III-V族化合物，例如GaN、AlN、InN、InxAlyGa(1-x-y)N(其中x+y≤1)、AlyGa(1-y)N(其中y≤1)。氮化物基半导体层104的示例性结构可包含例如但不限于多层结构、超晶格结构和成分梯度结构。
氮化物基半导体层106安置在氮化物基半导体层104上。氮化物基半导体层106的示例性材料可包含例如但不限于：氮化物或III-V族化合物，例如GaN、AlN、InN、InxAlyGa(1-x-y)N(其中x+y≤1)、AlyGa(1-y)N(其中y≤1)。
选择氮化物基半导体层104和106的示例性材料，使得氮化物基半导体层106的带隙(即，禁带宽度)大于氮化物基半导体层104的带隙，这使它们的电子亲和势彼此不同并在其间形成异质结。例如，当氮化物基半导体层104是具有大致3.4eV的带隙的未掺杂GaN层时，氮化物基半导体层106可选为具有大致4.0eV的带隙的AlGaN层。因而，氮化物基半导体层104和106可分别用作通道层和势垒层。在通道层和势垒层之间的接合界面处产生三角阱势，使得电子在三角阱势中累积，由此产生与异质结相邻的二维电子气(2DEG)区。因此，氮化物基IC芯片可包含一个或多个GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)。
在一些实施例中，氮化物基IC芯片可进一步包含缓冲层、晶核层或其组合(未示出)。缓冲层可安置在衬底102和氮化物基半导体层104之间。缓冲层可配置成减少衬底102和氮化物基半导体层104之间的晶格和热不匹配，由此解决由不匹配/差异造成的缺陷。缓冲层可包含III-V化合物。III-V化合物可包含例如但不限于铝、镓、铟、氮或其组合。因此，缓冲层的示例性材料可进一步包含例如但不限于GaN、AlN、AlGaN、InAlGaN或其组合。
晶核层可在衬底102和缓冲层之间形成。晶核层可配置成提供过渡，以适应衬底102和缓冲层的III族氮化物层之间的不匹配/差。晶核层的示例性材料可包含例如但不限于AlN或其合金中的任一种。
栅极结构110安置在第二氮化物基半导体层106上/之上/上方。栅极结构110中的每一个可包含任选的栅极半导体层112和栅极金属层114。栅极半导体层112和栅极金属层114堆叠在氮化物基半导体层106上。栅极半导体层112在氮化物基半导体层106和栅极金属层114之间。栅极半导体层112和栅极金属层114可形成肖特基势垒。在一些实施例中，氮化物基IC芯片可进一步包含任选的在p型掺杂III-V化合物半导体层112和栅极金属层114之间的介电层(未示出)。
形成氮化物基双向开关装置100的氮化物基晶体管可以是增强型装置，其在栅电极114处于大致零偏置时处于常关状态。确切地说，栅极半导体层112可以是p型掺杂III-V化合物半导体层。p型掺杂III-V化合物半导体层112可与氮化物基半导体层106形成至少一个p-n结以耗尽2DEG区，使得2DEG区中对应于在对应栅极结构110下方的位置的至少一个区域与2DEG区的其余部分具有不同特性(例如，不同电子浓度)，且因此被阻挡。由于这种机制，双向开关装置100具有常关特性。换句话说，当没有电压施加到栅电极114或施加到栅电极114的电压小于阈值电压(即，在栅极结构110下方形成反转层所需要的最小电压)时，2DEG区的在栅极结构110下方的区域一直被阻挡，因此没有电流从中流过。此外，通过提供p型掺杂III-V化合物半导体层112，栅极泄漏电流减少，且实现断开状态期间阈值电压的增加。
在一些实施例中，p型掺杂III-V化合物半导体层112可以省略，使得双向开关装置100成为耗尽型装置，这意味着晶体管在零栅极-源极电压下处于常开状态。
p型掺杂III-V化合物半导体层112的示例性材料可包含例如但不限于：p掺杂III-V族氮化物半导体材料，例如p型GaN、p型AlGaN、p型InN、p型AlInN、p型InGaN、p型AlInGaN或其组合。在一些实施例中，p掺杂材料可通过使用诸如Be、Mg、Zn、Cd和Mg之类的p型杂质来实现。
在一些实施例中，氮化物基半导体层104包含未掺杂GaN，氮化物基半导体层106包含AlGaN，p型掺杂III-V化合物半导体层112是可以使底层带结构向上弯曲并耗尽2DEG区的对应区域以便使双向开关装置11处于断开状态的p型GaN。
在一些实施例中，栅电极114可包含金属或金属化合物。栅电极114可形成为具有相同或不同组成的单层或多层。金属或金属化合物的示例性材料可包含例如但不限于：W、Au、Pd、Ti、Ta、Co、Ni、Pt、Mo、TiN、TaN、Si、金属合金或其化合物，或其它金属化合物。在一些实施例中，栅电极114的示例性材料可包含例如但不限于氮化物、氧化物、硅化物、掺杂半导体或其组合。
在一些实施例中，任选的介电层可由一层或更多层介电材料形成。示例性介电材料可包含例如但不限于一个或多个氧化层、SiOx层、SiNx层、高k介电材料(例如，HfO2、Al2O3、TiO2、HfZrO、Ta2O3、HfSiO4、ZrO2、ZrSiO2等)或其组合。
S/D电极116安置在氮化物基半导体层106上。“S/D”电极意指S/D电极116中的每一个都可用作源电极或漏电极，这取决于装置设计。S/D电极116可位于对应栅极结构110的两个相对侧面，但是可以使用其它配置，特别是在装置中采用多个源电极、漏电极或栅电极时。每个栅极结构110可布置成使得每个栅极结构110位于S/D电极116中的至少两个之间。栅极结构110和S/D电极116可共同充当具有2DEG区的至少一个氮化物基/GaN基HEMT。
在示例性图示中，相邻S/D电极116关于它们之间的栅极结构110对称。在一些实施例中，相邻S/D电极116可任选地关于它们之间的栅极结构110不对称。也就是说，S/D电极116中的一个可比S/D电极116中的另一个更接近栅极结构110。
在一些实施例中，S/D电极116可包含例如但不限于：金属、合金、掺杂半导体材料(例如掺杂结晶硅)、硅化物和氮化物等化合物、其它导体材料或其组合。S/D电极116的示例性材料可包含例如但不限于Ti、AlSi、TiN或其组合。S/D电极116可以是具有相同或不同组成的单层或多层。在一些实施例中，S/D电极116可与氮化物基半导体层106形成欧姆接触。欧姆接触可通过向S/D电极116施加Ti、Al或其它合适的材料来实现。在一些实施例中，S/D电极116中的每一个由至少一个共形层和导电填充物形成。共形层可包裹导电填充物。共形层的示例性材料例如但不限于Ti、Ta、TiN、Al、Au、AlSi、Ni、Pt或其组合。导电填充物的示例性材料可包含例如但不限于AlSi、AlCu或其组合。
钝化层124安置在氮化物基半导体层106之上。钝化层124可出于保护目的或为了增强装置的电特性(例如，通过在不同层/元件之间/当中提供电隔离效应)而形成。钝化层124覆盖氮化物基半导体层106的顶表面。钝化层124可覆盖栅极结构110。钝化层124可至少覆盖栅极结构110的两个相对侧壁。S/D电极116可穿透/通过钝化层124以接触氮化物基半导体层106。钝化层124的示例性材料可包含例如但不限于：SiNx、SiOx、Si3N4、SiON、SiC、SiBN、SiCBN、氧化物、氮化物聚(2-乙基-2-恶唑啉)(PEOX)或其组合。在一些实施例中，钝化层124可以是多层结构，例如Al2O3/SiN、Al2O3/SiO2、AlN/SiN、AlN/SiO2或其组合的复合介电层。
钝化层126安置在钝化层124和S/D电极116上方。钝化层126覆盖钝化层124和S/D电极116。钝化层126可用作平坦化层，其具有用于支撑其它层/元件的平坦顶表面。钝化层126的示例性材料可包含例如但不限于：SiNx、SiOx、Si3N4、SiON、SiC、SiBN、SiCBN、氧化物、PEOX或其组合。在一些实施例中，钝化层126是多层结构，例如Al2O3/SiN、Al2O3/SiO2、AlN/SiN、AlN/SiO2或其组合的复合介电层。
导电通孔132安置在钝化层126和钝化层124内。导电通孔132穿透钝化层126和钝化层124。导电通孔132纵向延伸以分别与栅极结构110和S/D电极116电耦合。导电通孔132的上表面不在钝化层126覆盖范围内。导电通孔132的示例性材料可包含例如但不限于导电材料，例如金属或合金。
导电线142安置在钝化层126和导电通孔132上。导电线142与导电通孔132接触。导电线142可通过对安置在钝化层126和导电通孔132上的导电层进行图案化来形成。导电线142的示例性材料可包含例如但不限于导电材料。导电线142可包含具有以下的单层膜或多层膜：Ag、Al、Cu、Mo、Ni、其合金、其氧化物、其氮化物或其组合。
钝化层128安置在钝化层126和导电线142上方。钝化层128覆盖钝化层126和导电线142。钝化层128可用作平坦化层，其具有用于支撑其它层/元件的平坦顶表面。钝化层128的示例性材料可包含例如但不限于：SiNx、SiOx、Si3N4、SiON、SiC、SiBN、SiCBN、氧化物、PEOX或其组合。在一些实施例中，钝化层128是多层结构，例如Al2O3/SiN、Al2O3/SiO2、AlN/SiN、AlN/SiO2或其组合的复合介电层。
导电通孔136安置在钝化层128内。导电通孔136穿透钝化层128。导电通孔136纵向延伸以与导电线142电耦合。导电通孔136的上表面不在钝化层136覆盖范围内。导电通孔136的示例性材料可包含例如但不限于导电材料，例如金属或合金。
导电线146安置在钝化层128和导电通孔136上。导电线146与导电通孔136接触。导电线146可通过对安置在钝化层128和导电通孔136上的导电层进行图案化来形成。导电层146的示例性材料可包含例如但不限于导电材料。导电层146可包含具有以下的单层膜或多层膜：Ag、Al、Cu、Mo、Ni、其合金、其氧化物、其氮化物或其组合。
保护层154安置在钝化层128和导电层146上方。保护层154覆盖钝化层128和导电层146。保护层154可防止导电层146发生氧化。导电层146的一些部分可通过保护层154中的开口暴露以形成导电衬垫170，所述导电衬垫配置成电连接到外部元件(例如，外部电路)。
导电衬垫170可包含一个或多个导电衬垫，分别充当第一控制端子Ctrl1、第二控制端子Ctrl2、第一传导端子Cdct1和第二传导端子Cdct2。
导电线142或146、导电通孔132或136可配置成电连接不同层/元件以形成主开关元件Sm和适配模组，所述适配模组包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1。
图15A-15E示出根据本发明的各种实施例的形成电阻结构180的不同方式。参考图15A，电阻结构180可通过对与第一和第二氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区(即，2DEG区)进行图案化来形成。参考图15B，电阻结构180可通过对栅极金属层114进行图案化来形成。参考图15C，电阻结构180可通过对S/D电极层116进行图案化来形成。参考图15D，电阻结构180可通过对第一导电层142进行图案化来形成。参考图15E，电阻结构180可通过对第二导电层146进行图案化来形成。
参考图10A-10B，集成了电路100B的氮化物基IC芯片可具有类似于集成了电路100A的IC芯片的层状结构。导电线142或146和导电通孔132或136可配置成电连接不同层/元件以形成主开关元件Sm和适配模组，所述适配模组包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、电压钳位元件D3、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1。
参考图11，集成了电路100C的氮化物基IC芯片可具有类似于集成了电路100A的IC芯片的层状结构，但集成了电路100C的氮化物基IC芯片进一步包括一个或多个镓穿孔(TGV)162。
TGV 162可形成为从第二导电层146纵向延伸并穿透到衬底102中。TGV 162的上表面没有被第三钝化层128所覆盖。在一些实施例中，TGV 162可形成为从第一导电层142纵向延伸并穿透到衬底102中。TGV 162的上表面没有被第二钝化层126覆盖范围内。TGV 162的示例性材料可包含例如但不限于导电材料，例如金属或合金。
导电线142或146、导电通孔132或136和TGV 162可配置成电连接不同层/元件/导电线以形成：主开关元件Sm；适配模组，其包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1；以及衬底电位管理模块，其包含辅助开关元件S3和辅助开关元件S4。
参考图12，集成了电路100D的氮化物基IC芯片可具有类似于集成了电路100B的IC芯片的层状结构，但集成了电路100D的氮化物基IC芯片进一步包括一个或多个镓穿孔(TGV)162。导电线142或146、导电通孔132或136和TGV 162可配置成电连接不同层/元件以形成：主开关元件Sm；适配模组，其包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、电压钳位元件D3、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1；以及衬底电位管理模块，其包含辅助开关元件S3和辅助开关元件S4。
参考图13，集成了电路100E的氮化物基IC芯片可具有类似于集成了电路100A的IC芯片的层状结构，但集成了电路100E的氮化物基IC芯片进一步包括一个或多个镓穿孔(TGV)162。导电线142或146、导电通孔132或136和TGV 162可配置成电连接不同层/元件以形成：主开关元件Sm；适配模组，其包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1；以及衬底电位管理模块，其包含辅助开关元件S3、辅助开关元件S4和电阻元件R2。
参考图14，集成了电路100F的氮化物基IC芯片可具有类似于集成了电路100B的IC芯片的层状结构，但集成了电路100F的氮化物基IC芯片进一步包括一个或多个镓穿孔(TGV)162。导电线142或146、导电通孔132或136和TGV 162可配置成电连接不同层/元件以形成：主开关元件Sm；适配模组，其包含电压钳位元件D1、电压钳位元件D2、电压钳位元件D3、辅助开关元件S1、辅助开关元件S2和电阻元件R1；以及衬底电位管理模块，其包含辅助开关元件S3、辅助开关元件S4和电阻元件R2。
在16A-16J中示出并在下文描述用于制造与电路100A/100B集成的氮化物基IC芯片的方法的不同阶段。在下文中，沉积技术可包含例如但不限于：原子层沉积(ALD)、物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)、金属有机CVD(MOCVD)、等离子体增强CVD(PECVD)、低压CVD(LPCVD)、等离子体辅助气相沉积、外延生长或其它合适的工艺。用于形成充当平坦化层的钝化层的工艺大体上包含化学机械抛光(CMP)工艺。用于形成导电通孔的工艺大体上包含在钝化层中形成通孔并用导电材料填充通孔。用于形成导电线的工艺大体上包含光刻、暴露和显影、蚀刻、其它合适的工艺或其组合。
参考图16A，提供衬底102。氮化物基半导体层104和106可通过使用上述沉积技术依序在衬底102之上形成。形成与第一氮化物基半导体层104和第二氮化物基半导体层106之间的异质结界面相邻的二维电子气(2DEG)区。
在一些实施例中，如图17A中所示，2DEG区还可通过植入进行图案化，以形成一个或多个电阻结构180。
参考图16B，毯覆式p型掺杂III-V化合物半导体层111和毯覆式栅极金属层113可通过使用上述沉积技术依序在氮化物基半导体层106上方形成。
参考图16C，毯覆式p型掺杂III-V化合物半导体层111和毯覆式栅极金属层113进行图案化以在氮化物基半导体层106上方形成多个栅极结构110。每个栅极结构110包含p型掺杂III-V化合物半导体层112和栅极金属层114。然后，可通过使用上述沉积技术形成钝化层124以覆盖栅极结构110。
在一些实施例中，如图17B中所示，毯覆式栅极金属层113也可进行图案化，以在形成栅极结构110的相同步骤中形成一个或多个一个或多个电阻结构180。
参考图16D，一些S/D区160通过移除钝化层124的一些部分来形成。氮化物基半导体层106的至少一个部分从S/D区160暴露。毯覆式导电层115形成为覆盖氮化物基半导体层106和钝化层124，并填充S/D区160，由此与氮化物基半导体层106接触。
参考图16E，S/D电极116通过对毯覆式导电层115进行图案化来形成。毯覆式导电层115的一些部分被移除，毯覆式导电层115的在S/D区160内的其余部分保留以用作S/D电极116。然后，可通过使用上述沉积技术在钝化层124上形成钝化层126以覆盖S/D电极116。
在一些实施例中，如图17C中所示，毯覆式导电层115也可进行图案化，以在形成S/D电极116的相同步骤中形成一个或多个一个或多个电阻结构180。
参考图16F，导电通孔132形成为穿透钝化层126和124。通过使用上述沉积技术在钝化层126上沉积毯覆式导电层141。
参考图16G，毯覆式导电层141进行图案化，以形成在钝化层126上方且与导电通孔132电耦合的导电线142。然后，可通过使用上述沉积技术在钝化层126上形成钝化层128以覆盖导电线142。
在一些实施例中，如图17D中所示，毯覆式导电层141也可进行图案化，以在形成导电线142的相同步骤中形成一个或多个一个或多个电阻结构180。
参考图16H，导电通孔136在钝化层128中形成。通过使用上述沉积技术在钝化层128上沉积毯覆式导电层145。
参考图16I，毯覆式导电层145进行图案化，以形成在钝化层128上方且与导电通孔136电耦合的导电线146。然后，可通过使用上述沉积技术在钝化层128上形成保护层154以覆盖导电线146。
在一些实施例中，如图17E中所示，毯覆式导电层145也可进行图案化，以在形成导电线146的相同步骤中形成一个或多个一个或多个电阻结构180。
参考图16J，保护层154可接着进行图案化以形成一个或多个开口来暴露一个或多个导电衬垫170。
集成了电路100C/100D/100E/100F的氮化物基IC芯片的制造方法类似于集成了电路100A/100B的氮化物基IC芯片的制造方法，但在图16H中所示的阶段中，在沉积毯覆式导电层145之前还可形成多个TGV 162(如图18中所示)以从钝化层128的顶表面延伸并穿过到衬底102中。
选择和描述实施例是为了最佳地阐释本发明的原理和其实际应用，借此使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于所预期的特定用途的各种修改。虽然本文中公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下将这些操作组合、细分或重新排序以形成等效方法。因此，除非在本文中具体指示，否则操作的次序和分组并非限制性的。尽管已经参考特定结构、形状、材料、物质组成和关系等描述了本文中公开的设备，但这些描述和图示并不限于此。可以进行修改以使特定情况适应本公开的目标、精神和范围。所有此类修改皆在所附权利要求书的范围内。

Claims (84)

1.一种用于与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)端子、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述氮化物基双向开关装置包括：
配置成电连接所述控制器的DO端子的第一控制端子，及配置成电连接到所述控制器的CO端子的第二控制端子；
配置成电连接到所述控制器的接地端子的第一传导端子，及配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子的第二传导端子；
主开关元件，其具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；以及
适配模组，其配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件。
2.根据权利要求1所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时，所述主开关元件接通以允许对电池充电/放电。
3.根据权利要求1所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当低电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时，所述主开关元件断开以保护电池不过度放电或短路。
4.根据权利要求1所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且负高电平电压施加到所述第二控制端子时，所述主开关元件断开以保护电池不过度充电。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件是第一氮化物基晶体管，其栅极充当所述主开关元件的控制电极，漏极充当所述主开关元件的第一传导电极，且源极充当所述主开关元件的第二传导电极。
6.根据权利要求5所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一氮化物基晶体管是AlGaN/GaN增强型(E型)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述适配模组包括：
第一电压钳位元件，其具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
第二电压钳位元件，其具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
第一辅助开关元件，其具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
第二辅助开关元件，其具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
第一电阻元件，其具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极。
8.根据权利要求7所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一电压钳位元件是第二氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第一电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第一电压钳位元件的负电极；
所述第二电压钳位元件是第三氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第二电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第二电压钳位元件的负电极；
9.根据权利要求7或8所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一辅助开关元件是第四氮化物基晶体管，其栅极充当所述第一辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第一辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第一辅助开关元件的第二传导电极；且
所述第二辅助开关元件是第五氮化物基晶体管，其栅极充当所述第二辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第二辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第二辅助开关元件的第二传导电极；
10.根据权利要求7到9中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一电阻元件是电阻器。
11.根据权利要求1到10中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述适配模组进一步包括第三电压钳位元件，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
12.根据权利要求11所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第三电压钳位元件是第六氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第三电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第三电压钳位元件的负电极。
13.根据权利要求1到12中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到氮化物基集成电路(IC)芯片中。
14.根据权利要求13所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片包括：
第一氮化物基半导体层，其安置在衬底上方；
第二氮化物基半导体层，其安置在所述第一氮化物基半导体层上且其带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
一个或多个栅极结构，其通过对安置在所述第二氮化物基半导体层上的栅极半导体层进行图案化并对安置在所述栅极半导体层上的栅极金属层进行图案化来形成；
第一钝化层，其安置在所述第二氮化物基半导体层上并覆盖所述栅极结构；
一个或多个源极/漏极(S/D)电极，其通过对安置在所述第一钝化层上的S/D电极层进行图案化并穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触来形成；
第二钝化层，其安置在所述第一钝化层上并覆盖所述S/D电极；
一个或多个第一导电通孔，其安置在所述第二钝化层内；
第一导电层，其安置在所述第二钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
第三钝化层，其安置在所述第一导电层上并覆盖所述一个或多个第一导电线；
一个或多个第二导电通孔，其安置在所述第三钝化层内；
第二导电层，其安置在所述第三钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第二导电线；以及
保护层，其安置在所述第二导电层上方并具有一个或多个开口暴露一个或多个导电衬垫。
15.根据权利要求14所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对与所述第一和第二氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
16.根据权利要求14所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述S/D电极层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
17.根据权利要求14所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述栅极金属层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
18.根据权利要求14所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第一导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
19.根据权利要求14所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第二导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
20.一种用于制造与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置的方法，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)节点、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述方法包括：
将第一控制端子配置成电连接到所述控制器的DO端子，并将第二控制端子配置成电连接到所述控制器的CO端子；
将第一传导端子配置成电连接到所述控制器的接地端子，并将第二传导端子配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子；
形成主开关元件，所述主开关元件具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；以及
将适配模组配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述适配模组通过以下操作来配置：
形成第一电压钳位元件，所述第一电压钳位元件具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
形成第二电压钳位元件，所述第二电压钳位元件具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
形成第一辅助开关元件，所述第一辅助开关元件具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
形成第二辅助开关元件，所述第二辅助开关元件具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
形成第一电阻元件，所述第一电阻元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述适配模组通过进一步形成第三电压钳位元件来配置，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
23.根据权利要求20到22中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括通过以下操作将所述主开关元件和所述适配模组集成到集成电路(IC)芯片中：
在衬底上方安置第一氮化物基半导体层；
在所述第一氮化物基半导体层上安置第二氮化物基半导体层，所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
在所述第二氮化物基半导体层上安置栅极半导体层并在所述栅极半导体层上安置栅极金属层，并且对所述栅极半导体层和所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个栅极结构；
在所述第二氮化物基半导体层上安置第一钝化层以覆盖所述栅极结构，并对所述第一钝化层进行图案化以形成一个或多个源极/漏极(S/D)区；
安置S/D电极层以覆盖所述第一钝化层和所述一个或多个S/D区，并对所述S/D电极层进行图案化以形成穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触的一个或多个S/D电极；
在所述第一钝化层上安置第二钝化层以覆盖所述S/D电极；
在所述第二钝化层上安置第一导电层，并对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
在所述第一导电层上安置第三钝化层以覆盖所述一个或多个第一导电线；
在所述第三钝化层上安置第二导电层，并对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个第二导电线；
在所述第二导电层上方安置保护层，并对所述保护层进行图案化以形成一个或多个开口来暴露一个或多个导电衬垫，所述导电衬垫分别充当所述第一控制端子、所述第二控制端子、所述第一传导端子和第二传导端子。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到所述IC芯片中进一步包括对与所述第一氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
25.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到所述IC芯片中进一步包括对所述S/D电极层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到所述IC芯片中进一步包括对所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
28.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述主开关元件和所述适配模组集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
29.一种用于与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)端子、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述氮化物基双向开关装置包括：
配置成电连接所述控制器的DO端子的第一控制端子，及配置成电连接到所述控制器的CO端子的第二控制端子；
配置成电连接到所述控制器的接地端子的第一传导端子，及配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子的第二传导端子；
主开关元件，其具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；
适配模组，其配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件；以及
衬底电位管理模块，其配置成管理所述主开关元件的主衬底的电位，使其基本上等于所述第一和第二传导端子的电位中的较低电位。
30.根据权利要求29所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件接通，以允许对电池充电/放电；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于接地电位。
31.根据权利要求29所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当低电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件断开，以保护电池不过度放电或短路；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于接地电位。
32.根据权利要求29所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且负高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件断开，以保护电池不过度充电；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于所述第二传导端子的电位。
33.根据权利要求29到32中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件是第一氮化物基晶体管，其栅极充当所述主开关元件的控制电极，漏极充当所述主开关元件的第一传导电极，且源极充当所述主开关元件的第二传导电极。
34.根据权利要求33所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一氮化物基晶体管是AlGaN/GaN增强型(E型)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
35.根据权利要求29到34中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述适配模组包括：
第一电压钳位元件，其具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
第二电压钳位元件，其具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
第一辅助开关元件，其具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
第二辅助开关元件，其具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
第一电阻元件，其具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极；且
所述衬底电位管理模块包括：
第三辅助开关元件，其具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、电连接到所述第一传导端子的第一传导电极和电连接到所述主衬底的第二传导电极；以及
第四辅助开关元件，其具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、电连接到所述第二传导端子的第一传导电极和电连接到所述主衬底的第二传导电极。
36.根据权利要求35所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一电压钳位元件是第二氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第一电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第一电压钳位元件的负电极；
所述第二电压钳位元件是第三氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第二电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第二电压钳位元件的负电极；
37.根据权利要求35或36所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一辅助开关元件是第四氮化物基晶体管，其栅极充当所述第一辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第一辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第一辅助开关元件的第二传导电极；
所述第二辅助开关元件是第五氮化物基晶体管，其栅极充当所述第二辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第二辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第二辅助开关元件的第二传导电极；
所述第三辅助开关元件是第七氮化物基晶体管，其栅极充当所述第三辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第三辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第三辅助开关元件的第二传导电极；且
所述第四辅助开关元件是第八氮化物基晶体管，其栅极充当所述第四辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第四辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第四辅助开关元件的第二传导电极。
38.根据权利要求35到37中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一电阻元件是电阻器。
39.根据权利要求29到38中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述适配模组进一步包括第三电压钳位元件，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
40.根据权利要求39所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第三电压钳位元件是第九氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第三电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第三电压钳位元件的负电极。
41.根据权利要求29到40中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到氮化物基集成电路(IC)芯片中。
42.根据权利要求41所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片包括：
第一氮化物基半导体层，其安置在衬底上方；
第二氮化物基半导体层，其安置在所述第一氮化物基半导体层上且其带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
一个或多个栅极结构，其通过对安置在所述第二氮化物基半导体层上的栅极半导体层进行图案化并对安置在所述栅极半导体层上的栅极金属层进行图案化来形成；
第一钝化层，其安置在所述第二氮化物基半导体层上且覆盖所述栅极结构；
一个或多个源极/漏极(S/D)电极，其通过对安置在所述第一钝化层上的S/D电极层进行图案化并穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触来形成；
第二钝化层，其安置在所述第一钝化层上且覆盖所述S/D电极；
一个或多个第一导电通孔，其安置在所述第二钝化层内；
第一导电层，其安置在所述第二钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
第三钝化层，其安置在所述第一导电层上且覆盖所述一个或多个第一导电线；
一个或多个第二导电通孔，其安置在所述第三钝化层内；
至少一个镓穿孔(TGV)，其从所述第二导电层纵向延伸并穿透到所述衬底中；
第二导电层，其安置在所述第三钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第二导电线；以及
保护层，其安置在所述第二导电层上方且具有一个或多个开口暴露一个或多个导电衬垫。
43.根据权利要求42所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对与所述第一氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
44.根据权利要求42所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述S/D电极层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
45.根据权利要求42所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述栅极金属层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
46.根据权利要求42所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第一导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
47.根据权利要求42所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第二导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
48.一种用于制造与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置的方法，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)节点、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述方法包括：
将第一控制端子配置成电连接到所述控制器的DO端子，并将第二控制端子配置成电连接到所述控制器的CO端子；
将第一传导端子配置成电连接到所述控制器的接地端子，并将第二传导端子配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子；
形成主开关元件，所述主开关元件具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；
将适配模组配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件；以及
将衬底电位管理模块配置成管理所述主开关元件的主衬底的电位，使其基本上等于所述第一和第二传导端子的电位中的较低电位。
49.根据权利要求48所述的方法，其特征在于：
所述适配模组通过以下操作来配置：
形成第一电压钳位元件，所述第一电压钳位元件具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
形成第二电压钳位元件，所述第二电压钳位元件具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
形成第一辅助开关元件，所述第一辅助开关元件具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
形成第二辅助开关元件，所述第二辅助开关元件具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
形成第一电阻元件，所述第一电阻元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极；且
所述衬底电位管理模块通过以下操作来配置：
形成第三辅助开关元件，所述第三辅助开关元件具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、电连接到所述第一传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极；以及
形成第四辅助开关元件，所述第四辅助开关元件具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、电连接到所述第二传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极。
50.根据权利要求49所述的方法，其特征在于，所述适配模组通过进一步形成第三电压钳位元件来配置，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
51.根据权利要求48到50中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括通过以下操作将所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到集成电路(IC)芯片中：
在衬底上方安置第一氮化物基半导体层；
在所述第一氮化物基半导体层上安置第二氮化物基半导体层，所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
在所述第二氮化物基半导体层上安置栅极半导体层并在所述栅极半导体层上安置栅极金属层，并且对所述栅极半导体层和所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个栅极结构；
在所述第二氮化物基半导体层上安置第一钝化层以覆盖所述栅极结构，并对所述第一钝化层进行图案化以形成一个或多个源极/漏极(S/D)区；
安置S/D电极层以覆盖所述第一钝化层和所述一个或多个S/D区，并对所述S/D电极层进行图案化以形成穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触的一个或多个S/D电极；
在所述第一钝化层上安置第二钝化层以覆盖所述S/D电极；
在所述第二钝化层上安置第一导电层，并对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
在所述第一导电层上安置第三钝化层以覆盖所述一个或多个第一导电线；
形成至少一个镓穿孔(TGV)，所述TGV从所述第三钝化层的顶表面纵向延伸并穿透到所述衬底中；
在所述第三钝化层上安置第二导电层，并对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个第二导电线；以及
在所述第二导电层上方安置保护层，并对所述保护层进行图案化以形成一个或多个开口来暴露一个或多个导电衬垫，所述导电衬垫分别充当所述第一控制端子、所述第二控制端子、所述第一传导端子和第二传导端子。
52.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对与所述第一氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
53.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述S/D电极层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
54.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
55.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
56.根据权利要求51所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
57.一种用于与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)端子、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述氮化物基双向开关装置包括：
配置成电连接所述控制器的DO端子的第一控制端子，及配置成电连接到所述控制器的CO端子的第二控制端子；
配置成电连接到所述控制器的接地端子的第一传导端子，及配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子的第二传导端子；
主开关元件，其具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；
适配模组，其配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件；以及
衬底电位管理模块，其配置成管理所述主开关元件的主衬底的电位，使其基本上等于所述第一和第二传导端子的电位中的较低电位。
58.根据权利要求57所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件接通，以允许对电池充电/放电；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于接地电位。
59.根据权利要求57所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当低电平电压施加到所述第一控制端子且正高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件断开，以保护电池不过度放电或短路；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于接地电位。
60.根据权利要求57所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，当正高电平电压施加到所述第一控制端子且负高电平电压施加到所述第二控制端子时：
所述主开关元件断开，以保护电池不过度充电；且
所述主衬底的电位管理为基本上等于所述第二传导端子的电位。
61.根据权利要求57到60中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件是第一氮化物基晶体管，其栅极充当所述主开关元件的控制电极，漏极充当所述主开关元件的第一传导电极，且源极充当所述主开关元件的第二传导电极。
62.根据权利要求61所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一氮化物基晶体管是AlGaN/GaN增强型(E型)高电子迁移率晶体管(HEMT)。
63.根据权利要求57到62中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，
所述适配模组包括：
第一电压钳位元件，其具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
第二电压钳位元件，其具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
第一辅助开关元件，其具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
第二辅助开关元件，其具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
第一电阻元件，其具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极；且
所述衬底电位管理模块包括：
第三辅助开关元件，其具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、电连接到所述第一传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极；
第四辅助开关元件，其具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、电连接到所述第二传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极；以及
第二电阻元件，其具有电连接到所述主衬底的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极。
64.根据权利要求63所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一电压钳位元件是第二氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第一电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第一电压钳位元件的负电极；
所述第二电压钳位元件是第三氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第二电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第二电压钳位元件的负电极；
65.根据权利要求63或64所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第一辅助开关元件是第四氮化物基晶体管，其栅极充当所述第一辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第一辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第一辅助开关元件的第二传导电极；
所述第二辅助开关元件是第五氮化物基晶体管，其栅极充当所述第二辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第二辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第二辅助开关元件的第二传导电极；
所述第三辅助开关元件是第七氮化物基晶体管，其栅极充当所述第三辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第三辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第三辅助开关元件的第二传导电极；且
所述第四辅助开关元件是第八氮化物基晶体管，其栅极充当所述第四辅助开关元件的控制电极，漏极充当所述第四辅助开关元件的第一传导电极，且源极充当所述第四辅助开关元件的第二传导电极。
66.根据权利要求63到65中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述第一电阻元件是第一电阻器，且所述第二电阻元件是第二电阻器。
67.根据权利要求57到66中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述适配模组进一步包括第三电压钳位元件，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
68.根据权利要求67所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于：
所述第三电压钳位元件是第九氮化物基晶体管，其栅极和源极连接在一起以充当所述第三电压钳位元件的正电极，且其漏极配置成充当所述第三电压钳位元件的负电极。
69.根据权利要求57到68中任一项所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到氮化物基集成电路(IC)芯片中。
70.根据权利要求69所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片包括：
第一氮化物基半导体层，其安置在衬底上方；
第二氮化物基半导体层，其安置在所述第一氮化物基半导体层上且其带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
一个或多个栅极结构，其通过对安置在所述第二氮化物基半导体层上的栅极半导体层进行图案化并对安置在所述栅极半导体层上的栅极金属层进行图案化来形成；
第一钝化层，其安置在所述第二氮化物基半导体层上且覆盖所述栅极结构；
一个或多个源极/漏极(S/D)电极，其通过对安置在所述第一钝化层上的S/D电极层进行图案化并穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触来形成；
第二钝化层，其安置在所述第一钝化层上且覆盖所述S/D电极；
一个或多个第一导电通孔，其安置在所述第二钝化层内；
第一导电层，其安置在所述第二钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
第三钝化层，其安置在所述第一导电层上且覆盖所述一个或多个第一导电线；
一个或多个第二导电通孔，其安置在所述第三钝化层内；
第二导电层，其安置在所述第三钝化层上并进行图案化以形成一个或多个第二导电线；以及
至少一个镓穿孔(TGV)，其从所述第二导电层纵向延伸并穿透到所述衬底中；以及
保护层，其安置在所述第二导电层上方且具有一个或多个开口暴露一个或多个导电衬垫。
71.根据权利要求70所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对与所述第一氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
72.根据权利要求70所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述S/D电极层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
73.根据权利要求70所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述栅极金属层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
74.根据权利要求70所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第一导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
75.根据权利要求70所述的氮化物基双向开关装置，其特征在于，所述氮化物基IC芯片进一步包括通过对所述第二导电层进行图案化而形成的一个或多个电阻结构。
76.一种用于制造与电池保护控制器一起工作的氮化物基双向开关装置的方法，所述电池保护控制器具有功率输入端子、放电过流保护(DO)端子、充电过流保护(CO)节点、电压监测(VM)端子和接地端子，其特征在于，所述方法包括：
将第一控制端子配置成电连接到所述控制器的DO端子，并将第二控制端子配置成电连接到所述控制器的CO端子；
将第一传导端子配置成电连接到所述控制器的接地端子，并将第二传导端子配置成通过电压监测电阻器电连接到所述控制器的VM端子；
形成主开关元件，所述主开关元件具有控制电极、连接到所述第一传导端子的第一传导电极和连接到所述第二传导端子的第二传导电极；
将适配模组配置成分别从所述第一和第二控制端子接收DO信号和CO信号，并产生主控制信号到所述主开关元件的控制电极以控制所述主开关元件；以及
将衬底电位管理模块配置成管理所述主开关元件的主衬底的电位，使其基本上等于所述第一和第二传导端子的电位中的较低电位。
77.根据权利要求76所述的方法，其特征在于：
所述适配模组通过以下操作来配置：
形成第一电压钳位元件，所述第一电压钳位元件具有电连接到所述第一控制端子的正电极和电连接到第一互连节点的负电极；以及
形成第二电压钳位元件，所述第二电压钳位元件具有电连接到所述第二控制端子的正电极和电连接到所述第一互连节点的负电极。
形成第一辅助开关元件，所述第一辅助开关元件具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、连接到所述第一互连节点的第一传导电极和连接到第二互连节点的第二传导电极；
形成第二辅助开关元件，所述第二辅助开关元件具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、连接到所述第二互连节点的第一传导电极和连接到所述主开关元件的控制电极的第二传导电极；以及
形成第一电阻元件，所述第一电阻元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极；且
所述衬底电位管理模块通过以下操作来配置：
形成第三辅助开关元件，所述第三辅助开关元件具有电连接到所述第二控制端子的控制电极、电连接到所述第一传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极；
形成第四辅助开关元件，所述第四辅助开关元件具有电连接到所述第一控制端子的控制电极、电连接到所述第二传导端子的第一传导电极、电连接到所述主衬底的第二传导电极；以及
形成第二电阻元件，所述第二电阻元件具有电连接到所述主衬底的第一电极和电连接到所述第一传导端子的第二电极。
78.根据权利要求77所述的方法，其特征在于，所述适配模组通过进一步形成第三电压钳位元件来配置，所述第三电压钳位元件具有电连接到所述主开关元件的控制电极的正电极和电连接到所述第二控制端子的负电极。
79.根据权利要求76到78中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括通过以下操作将所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到集成电路(IC)芯片中：
在衬底上方安置第一氮化物基半导体层；
在所述第一氮化物基半导体层上安置第二氮化物基半导体层，所述第二氮化物基半导体层的带隙大于所述第一氮化物基半导体层的带隙；
在所述第二氮化物基半导体层上安置栅极半导体层并在所述栅极半导体层上安置栅极金属层，并且对所述栅极半导体层和所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个栅极结构；
在所述第二氮化物基半导体层上安置第一钝化层以覆盖所述栅极结构，并对所述第一钝化层进行图案化以形成一个或多个源极/漏极(S/D)区；
安置S/D电极层以覆盖所述第一钝化层和所述一个或多个S/D区，并对所述S/D电极层进行图案化以形成穿透所述第一钝化层以与所述第二氮化物基半导体层接触的一个或多个S/D电极；
在所述第一钝化层上安置第二钝化层以覆盖所述S/D电极；
在所述第二钝化层上安置第一导电层，并对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个第一导电线；
在所述第一导电层上安置第三钝化层以覆盖所述一个或多个第一导电线；
形成至少一个镓穿孔(TGV)，所述TGV从所述第三钝化层的顶表面纵向延伸并穿透到所述衬底中；
在所述第三钝化层上安置第二导电层，并对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个第二导电线；
在所述第二导电层上方安置保护层，并对所述保护层进行图案化以形成一个或多个开口来暴露一个或多个导电衬垫，所述导电衬垫分别充当所述第一控制端子、所述第二控制端子、所述第一传导端子和第二传导端子。
80.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对与所述第一氮化物基半导体层之间的异质结界面相邻的二维电子气区进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
81.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述S/D电极层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
82.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述栅极金属层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
83.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第一导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
84.根据权利要求79所述的方法，其特征在于，所述主开关元件、所述适配模组和所述衬底电位管理模块集成到所述IC芯片中进一步包括对所述第二导电层进行图案化以形成一个或多个电阻结构。
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