TW200816475A - Depletion mode transistor as start-up control element - Google Patents

Description

200816475 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關-種作為啟動控制元件的耗乏型電晶 是指—種可供作為電源電路之啟動裝置而不需要 複雜電路結構的耗乏型場效電晶體(如师⑽咖如啊。 【先前技術】 *從電壓源供應電壓至積體電路晶片的電源電路時，經 =需要使關啟動電路。啟鱗路的目的是提供啟始偏 t直到電源電路能夠正常轉為止。之後，理想的話， 欠動，路應切成歧’不再耗胁何電源。其簡單示意 丄二1圖所示’由於在電路的啟動階段，電源電路2⑻ r身尚無電源’ 0此必須提供—個啟動電路10，以對電容 器c進行充電’直到節點VWas處的電壓到達預設值，能 夠啟動電源電路為止。當電源電路啟動之後，即可自行工 作（例如透過別的路徑從電壓源100取得電力、並轉換成 2片所需的直流低壓Vdd’其詳_容為本技術領域者所 熟知，在此不予贅示）。 上述啟動電路10，先前技術中對此最簡單的作法如第 2曰ϋ示。由於啟動電路10，應該只消耗很少的電流，故 最簡單的作法是提供—個大電阻20。電阻20將電壓源觸 =來的電壓轉換成低電流，並對電容H C進行充電，直到 即點Vb^S處的電壓到達預設值。而節點Vbias處的電壓， 舉例而a ’可供驅動_個在電源電路勘内的脈寬調變電 路12’由該脈寬調變電路12來控制電源電路2〇〇的工作（其 200816475 詳細内容亦為本技術領域者所熟知，故在此不予贅示）。 在第2圖所示的先前技術中，由於龍源⑽所提供 的電壓經常相當高’故電阻2Q必須相當大，才能達成限流 的功能。但如此-來，造成電阻2〇在晶片内所佔面積過大、 且會產生大量的熱。此外，此種設計，並無自動關閉啟動 電路的機制；耗電與熱的問題，不但相當嚴重， 電路啟動之後’還會持續。因此，此種設計雖朗單，但' 並不理想。 另一種先前技術的作法揭示於美國專利第5,285,369號 卜該案之電路相當複雜，經簡化後其概敍致如第3圖° 所不’係利用金氧半場效電晶體（以下簡稱M〇SFET)中 寄生接面電晶體的特性，將M〇SFET 84分解視為包含一個 接面場效電晶體（以下簡稱jpET)86與一個M〇SFET88。 JFET 86為耗乏型電晶體，本身具有限流的功能 ，且由於其 耗乏型之特性，在閘極接地的電路設計下，將常態維持為 導通狀態。該案從JFET 86與MOSFET 88之間的節點取出 電流’使用該電流來啟動一個控制電路14，此控制電路14 一方面對電容器c進行充電，一方面可在節點Vbias處的 電壓到達預設值時，發出控制訊號，關閉M〇SFET88，以 切斷由MOSFET 84和控制電路η所構成的整體啟動電路。 上述第3圖所示的先前技術，雖能達成自動關閉啟動 電路的功能，且電路所產生的熱遠較第2圖電路為低，但 詳細參酌該案可知，其控制電路14的結構過於複雜，並不 能令人滿意。 6 200816475 因此，在美國專利第5,477,175號中，揭示另一種電路 結構’其設計即較第3圖所示電路為簡單。如第4圖所示， 在該案中，係直接從JFET 101與MOSFET 102間的節點取 出電流，並使用一個電阻器103來將電流轉換成電壓，以 控制MOSFET 102的閘極，使其導通。由於電阻器购的 目的僅需提供足以令MOSFET 102導通的電壓，因此電阻 器103毋需太大，其產生熱的問題並不嚴重。當電源電路 200啟動後，可透過控制節點113，將開關電晶體1〇9關閉， 即可切斷流過電阻器103的電流。 上述第4圖所示的電路，其複雜度雖較美國專利第 5,285,369號先前技術已有大幅改善，但未臻完全理想。 有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出 一種較佳之啟動電路，其中以耗乏型電晶體作為啟動控制 元件，而得以大幅簡化電路結構。 【發明内容】 本發明之第一目的在提供一種作為啟動控制元件的耗 乏型電晶體，以簡單的結構，達成啟動電路的功能。 本發明之弟二目的在提供一種啟動電路。 本發明之第三目的在提供一種作為啟動控制元件的半 導體元件。 為達上述之目的，在本發明的其中一個實施例中，提 供I一種作為啟動控制元件的耗乏型電晶體，其包含：一 個第耗乏型接面電晶體，其源極/汲極之第一端與一電 200816475 壓源連接，閘極接地；以及一個第二耗乏型電晶體，其源 極/汲極之第一端與該第一耗乏型接面電晶體的源極/汲 極之第二端連接，其閘極可受控使該第二耗乏型電晶體 閉。 在前述第一個實施例中，第二耗乏型電晶體以接面 晶體為佳。 此外，根據本發明的另一個實施例，也提供了一種啟 動，路，其包含：-個常態導通的第—電晶體；以及一個 與第-電晶體連接的第二耗乏型電晶體，其為常態導通， 但可受控而關閉。 根據本發明的又另—個實關，也提供了—種半導體 70件’包含：具有第-傳導型態的基體；具有第二傳導 態且彼此隔開的第-與第二井區，此兩井區在常態下彼此 導通；具有第一傳導型離的箆二养γ M H 於上述彼此隔開 之第-與弟-井區之間；以及具有第—傳導型態的第 區，與該第三井區關，且魅解通，財 元件係供作為啟動控制元件。 :下=具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明 之目的、技_容、特點及其所達成之功效。 【實施方式】 請參考第5 ®，其中以示意電路圖的方式續 的-個實施例。如圖所示，本實施例中，壓⑽ 電源電路，間的啟動電路，係使用—個耗㈣二= 200816475 來構成。在所示實施例中，此電晶體400為耗之型FET , 其等效電路如圖所示，包含一個耗乏型JFET401與一個耗 乏型％效電晶體（以下簡稱FET) 402 ;其中，耗乏型jpET 401最好是能承受高電壓的高壓元件，而耗乏型FET 402則 可為低壓元件。所謂的高壓，係對應於電壓源丨⑻所供應 的電壓，而所謂的低壓，係指相對於高壓而言為低壓。 第5圖中，由於耗乏型jpET4〇1的閘極接地，故其維 持為導通狀態，且由於其耗乏型之特性，本身具有限流的 力月b達到啟動電路低電流的要求。本發明的特點在於， FET 402也採用耗乏型電晶體；其閘極節點G可與電源電 路200内部的控制節點（未示出）連接。在電路啟始階段， 由於電源電路2GG内並無電流，因此閘轉點（^處並無電 [I同接地。故耗乏型FET402導通，可將耗乏型jpET 401上的電流傳導給電源電路2㈤。當電源電路2⑻啟動 後’内部產生電流，即可藉此控制閘極節點G，提高其電 壓’而將耗乏型順402關閉，達成省電目的。’、 h在以上電路中，並不需要複雜的控制機制，其電路較 第4圖所示的電路更為單；除此之外，啟動電路中沒有 使用任何電阻器，因此更無散熱問題。 曰耗乏型FET 402，可以為M〇SFET，也可以為接面電 曰曰體彳_以採用接面電晶體為較佳丨因其控制閘極為腹 接面’可耐受更高的反向崩潰電壓。除此之外，與MOSFET 相較，閘極與源極之__接面，可提供更佳的靜電防 瘦（ESDprotection)。因此，在第5圖所示的示意電路中， 200816475 係將FET402繪示為接面場效電晶體，但這並不排除以其 他形式的耗乏型電晶體來製作附搬，也仍屬本案的^ 圍。 上述示意電路，利用半導體製程技術製作時，其半導 體剖面之-簡化實施例可參見第6圖。如圖所示，在p型 基體30上，設有N型的井區4G、5G，时職成耗乏型 電晶體400的源極區與汲極區，或更詳言之，分別是fet術 的源極區與JFET 401的汲極區。N型井區4〇、5〇分別透過 源極節點S與汲極節點D而與第5圖中的呢批和電壓源 100連接。由於汲極D與源極s的電位差，以及摻雜雜質 的擴散漂移作用，如箭號A1所示，在N型井區4〇、5〇之 間的區域45，已存在有N型的雜質。此一區域45，即相當 於JFET401的源極區與FET4〇2的汲極區，兩者互相連 接。FET 402的汲極區45與源極區4〇事實上已經導通；但 此-區域的導通，可藉⑽p型賴⑼加壓而夾止。簡言 之’N型井區40、P型井區6〇、和N型雜質漂移區必，構 成一個耗乏型接面電晶體，亦即第5圖中iFET4〇2。 另一方面，在基體30上，距不遠處，另設 有P型的井區7〇,其作用是作為第5圖中之JFET401的閘 極。P型井區7〇與基體3〇電連接，因此，可將N型雜質 漂移區45、P型井區70(基體3〇)、和N型井區5〇，視為 個耗乏型接面電晶體，亦即第5圖中之jpet401。 當然，以上半導體剖面結構中，需適當地使用氧化物 來將主動元件iliHxp鬲開，如圖巾的魏化物F〇x所示。 200816475 一上述半導體結構之更具體實施例可參見第7圖。如圖 所:，P型基體30可包含一個重摻雜的本體31，和一個 =猫晶方式生長出、並掺有p型雜質的磊晶層32。^型井 ^ 40、50可個別包含一個N型井區41、51 ; N型淡摻雜 ^ 42、52，和1^型濃摻雜區43、53。P型井區60與70 为別可為濃摻雜之井區。以上所述之半導體結構，可製作 較佳的電晶體元件。 以上已針對較佳實施例來說明本發明 ，唯以上所述 者僅係為使热悉本技術者易於了解本發明的内容而已， 並非=來限定本發明之制範圍。如前所述，本發明的主 要概念在於，使祕乏型電晶體來製作啟動電路的控制元 去由於耗乏型龟晶體具有常態導通的特性，且有自然的 F ^ f此因此恰符合啟動電路的需求。在電源電路的啟 始耗乏型電晶體常態導通；而當電源電路啟動後， ，部產生電力，即可藉此關耗乏型電晶體。在此精神下， …、j本技術者可以思及各種等效變化，均應包含在本發明 的犯，之内。例如，啟動電路未必限洲來啟動電源電路， 亦可提供其他啟動崎；其啟動電職路2GG的方式，未 必偈限於對餘充電；電源電路200 _部結構，可為住 ，型態；半導體結構中的各井區結構、摻雜濃度、場氧化 有各種變化；料。故凡依本發明之概念 專物，働撕發明之申請 【圖式簡單說明】 11 200816475 第1圖為啟動電路的概念說明圖。 =圖為切技術中，以電阻ϋ來構成啟動電路的示意㈣ f 3圖為示意電路圖，說明先前技術啟動電路的一例。 第4圖為示意電路圖，說明先前技術啟動電路的另一例。 第5圖為根據本發明一實施例的示意電路圖。 第6圖為根據本發明一實施例的半導體剖面示意圖。 第7圖為根據本發明一更具體實施例的半導體剖面示意圖。 【主要元件符號說明】 1〇啟動電路 12脈寬調變電路 Η控制電路 20電阻器 30基體 40 Ν型井區 41 Ν型井區 42 Ν型輕摻雜區 43 Ν型重摻雜區 50 Ν型井區 51 Ν型井區 52 Ν型輕摻雜區 53 Ν型重摻雜區 60 Ρ型井區 12 200816475 70 P型井區 84金氧半場效電晶體 86接面場效電晶體 88金氧半場效電晶體 100電壓源 101接面場效電晶體 102金氧半場效電晶體 103電阻器 109開關電晶體 113控制節點 200電源電路 300啟動電路 400耗乏型電晶體 401接面場效電晶體 402耗乏型場效電晶體 A1箭號 C電容器 D汲極 FOX場氧化物 G節點 Vbias節點 Vdd直流電壓

Claims (1)

1. 200816475 十、申請專利範圍： 1· 一種作為啟動控制元件的耗乏型電晶體，包人· ’其馳/汲極之第一端 與一電壓源連接，閘極接地；以及 -個第二耗乏型電晶體，其源極/汲極之第—端與該 第一耗乏型接面電晶體的源極/汲極之第二端連接，ϋ 極可受控使該第二耗乏型電晶體關閉。 、甲 2·如申請專利範圍第1項所述之作為啟動控槪件的耗 乏型電晶體，其中該第二耗乏型電晶體為接面電晶體。 3·如申請專利範圍第1項所述之作為啟動控制元件的耗 乏型電晶體，其中該第二耗乏型電晶體的源極/汲極之第 二端連接一個電容器。 4·如申請專利範圍第1項所述之作為啟動控制元件的耗 乏型電ΒΘ體’其中该啟動控制元件構成一啟動電路，以啟 動一個電源電路。 5·如申請專利範圍第1項所述之作為啟動控制元件的耗 乏型電晶體，其中該第一耗乏型接面電晶體可耐受高壓， 而該第二耗乏型電晶體為低壓元件。 6· —種啟動電路，包含： 一個常態導通的第一電晶體；以及 一個與第一電晶體串聯的第二耗乏型電晶體，其為常 態導通，但可受控而關閉。 7·如申請專利範圍第6項所述之啟動電路，其中該第二 電晶體為耗乏型場效電晶體，可藉控制其閘極而將盆關 閉。 ’、 200816475 8·如申請專利範圍第6項所述之啟動電路，其中該第一 電晶體為耗乏型接面電晶體。 9·如申請專利範圍第6項所述之啟動電路，其中該第一 與第二電晶體皆為耗乏型接面電晶體。 1〇·如申請專利範圍第6項所述之啟動電路，其中該第一 電晶體可耐受高壓，而該第二耗乏型電晶體為低壓元件。 U·如申請專利範圍第6項所述之啟動電路，其中該第一 與第二電晶體利用半導體製程製作成為一整合元件。 12·如申睛專利範圍第$項所述之啟動電路，該啟動電路 係供連接在一電壓源與一電容器之間。 13· —種半導體元件，包含： 具有第一傳導型態的基體； 具有第二傳導型態且彼此隔開的第一與第二井區，此 兩井區在常態下彼此導通； 具有第一傳導型態的第三井區，位於上述彼此隔開之 第一與第二井區之間；以及 具有第一傳導型態的第四井區，與該第三井區隔開， 且與基體導通， 其中，此半導體元件係供作為啟動控制元件。 14·如申請專利範圍第13項所述之半導體元件，其中該 第-傳導型態為？型，第二傳導型態為Ν型。 I5·如申請專利範圍第13項所述之半導體元件，其中該 第三井區可受控而切斷第一與第二井區之導通。 I6·如申請專利範圍第I3項所述之半導體元件，其中該 15 200816475 第四井區接地。 17. 如申請專利範圍第13項所述之半導體元件，其中該 基體包含一本體與一磊晶生長層。 18. 如申請專利範圍第13項所述之半導體元件，其中該 第一與第二井區之内另包含有濃摻雜區及淡摻雜區。 16