TW202105912A - 具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統、於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關、以及具有過熱保護之功率分配方法 - Google Patents

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Abstract

複數較低電壓金屬氧化物半導體感測器係經整合且分散於功率MOSFET之不同部分內，以提供過熱保護。感測器對功率MOSFET不同部分之溫度敏感，且經設置以於達到跳脫溫度時透過減少MOSFET之操作調節功率MOSFET。一偏置網路係經設置以設定跳脫溫度。於某些組態，一閾值電壓係經使用以監測及控制最高溫度。

Description

具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統、於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關、以及具有過熱保護之功率分配方法
本發明係關於半導體開關之過熱保護，尤其係用於功率管理應用之開關。
功率開關，如功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）係經廣泛使用，以控制於電子系統內之功率傳輸或轉換。於高電壓應用中，由關閉（off）狀態切換至導通（on）狀態之功率MOSFET可進入飽和模式，並經歷自加熱。於高電流應用中，自加熱可導致晶粒溫度顯著且快速上升，其可能損傷或損毀功率MOSFET。
為了避免損傷性或破壞性之自加熱，功率開關可透過安全工作區（SOA）曲線來額定。然而，無法確保使用者將遵守SOA曲線，導致裝置操作之風險。此外，經提供用於功率開關之SOA通常過度保守，其無法充分利用熱餘裕（thermal headroom）。
整合式感測器及調節器可提供功率開關，其具有穩健自加熱防護，並較不易經使用者誤用。感測器可偵測功率開關之溫度，並限制功率開關之操作，以將溫度保持於安全位準。本發明論述用於功率開關之整合分散式過熱保護系統。某些實施例可提供較穩健之過熱保護、較精準之過熱保護、用於較分散區域之過熱保護、及/或經實施於半導體之較小區域。
於其一樣態提供具有內建及分散式過熱保護之功率傳輸系統。功率傳輸系統包括功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）以及複數金屬氧化物半導體（MOS）感測器，功率MOSFET係於半導體基板上，且經設置以傳輸來自電源之功率，MOS感測器係分散於由功率MOSFET圍起之半導體基板之一區域內。MOS感測器包括第一MOS感測器及第二MOS感測器，第一MOS感測器具有閾值電壓，其經設置以基於功率MOSFET之第一局部部分之第一溫度而改變傳導性，第二MOS感測器具有第二閾值電壓，其經設置以基於功率MOSFET之第二局部部分之第二溫度而改變傳導性。
於另一樣態提供具有用於局部區域分散式過熱保護之開關。開關包括位於半導體基板上之功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）以及複數n型金屬氧化物場效（nMOS）電晶體，nMOS電晶體係分散於由功率MOSFET圍起之半導體基板之一區域內。各nMOS電晶體具有汲極，其係電耦合至功率MOSFET之閘極。
於另一樣態提供具有過熱保護之功率分配方法。方法包括使用功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）來控制傳輸至負載之功率以及使用複數分散式金屬氧化物半導體（MOS）感測器電晶體以偵測過熱狀況。MOSFET具有形成於半導體基板上之一配置，複數MOS感測器電晶體係經整合於半導體基板上之功率MOSFET之配置中。複數MOS感測器電晶體包括第一MOS感測器電晶體及第二MOS感測器電晶體，且偵測過熱狀況包括響應於功率MOSFET配置之第一區域內之溫度變化以改變第一MOS感測器電晶體之閾值電壓，以及響應於功率MOSFET配置之第二區域內之溫度變化以改變第二MOS感測器電晶體之閾值電壓。
某些樣態之特點係為具有局部過熱保護之功率開關，功率開關包括：位於半導體基板上且經設置以傳遞來自電源之功率之功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）；分散於由功率MOSFET圍起之半導體基板之一區域內之複數金屬氧化物半導體（MOS）感測器，MOS感測器具有受功率MOSFET至少二相異區域之溫度影響之閾值電壓，其中，MOS感測器係受一電壓偏置，該電壓於功率MOSFET操作過程係為實質恆定；以及耦合至功率MOSFET閘極與MOS感測器汲極之導體，其中，當至少一MOS感測器響應到達跳脫溫度而導通時，導體上之電壓經設置而改變。
緒論
當功率MOSFET消耗之功率夠大時，將發生失控的過熱情況。於功率MOSFET配置內之固有失配可導致功率MOSFET之某些部分相較MOSFET之其他部分承載較多電流，並受加熱。當功率MOSFET於飽和模式操作時，較熱部分之閾值電壓下降（具有負溫度係數），將引起較熱部分傳導更多電流並形成局部熱點，最終損毀功率MOSFET。
僅響應於整體功率MOSFET平均溫度之解決方案不能提供足夠的保護以防止局部熱點過熱。隨機物理條件可決定局部熱點之產生。在功率MOSFET之平均溫度開始指示過熱問題之前，一局部熱點可受快速加熱，並達到破壞性溫度。
進階之處理技術持續地整合更多特點，使積體電路之設計更加複雜。然而，隨著更多特點之增加，需發展嚴密之製造技術及操作規範，包括局部操作溫度之限制。過熱情況之即時偵測及調節係可為更加關鍵，以維護該等裝置之操作。外部且非整合式之溫度感測器及響應系統可能無法足以快速地偵測或響應過熱狀況。
本文揭露針對局部過熱之較穩健的保護系統。為了及時且盡早偵測局部熱點之局部溫度上升以保護較大功率MOSFET免於損傷及/或損毀，複數之較小且較低電壓金屬氧化物半導體電晶體係經整合及分散於該較大且較高電壓功率MOSFET之不同部分，舉例而言，如圖2A及圖3A所示。這些較低電壓MOSFET電晶體對溫度變化敏感，其後稱為MOS感測器。
當到達跳脫溫度（Ttrip ）時，MOS感測器係以可調節功率MOSFET之方式經耦合，例如將電流轉向遠離一n型功率MOSFET之閘極，藉此降低n型此降低n型功率MOSFET之閘極電壓，以減少及/或停止n型功率MOSFET之操作，舉例而言，使用如圖1B至圖2B、及圖9所示之設計。系統極性亦可為反向，以p型功率MOSFET實施，舉例而言，使用如圖3A至圖3C所示之設計。跳脫溫度可透過對MOS感測器進行偏置而設定，以調節MOS感測器之閾值電壓（VTh ），例如根據圖4所示之關係。電路級操作之某些例示係分別以圖1B至圖1D、圖3A、圖8及圖9論述。
藉由經整合及分散於功率MOSFET之不同部分，MOS感測器可於功率MOSFET內防護過熱之局部熱點，其防護並非僅基於整體功率MOSFET之平均溫度。透過經整合且耦合至功率MOSFET，相較於經實施於功率MOSFET外部之溫度控制電路，MOS感測器亦可更快速地響應於溫度變化。
於本文論述之某些設計中，MOS開關並未佔用功率MOSFET外部之任一額外半導體區域。於某些設計，功率MOSFET可維持於相同或近似之尺寸，並小幅度或未影響功率MOSFET之效能。因此，相較於其他功率MOSFET，本文論述用於功率MOSFET溫度保護之設計可佔用相同、近似或僅稍大之尺寸，並小幅度或未影響效能。
此外，本文論述之設計可使用與功率MOSFET閘極之連接，並小幅度或未造成額外金屬化之影響。於某些情況，由於藉由較靈敏及精準之溫度調節使熱設計功率（TDP）上升及/或更有效地經使用，功率MOSFET之效能可經改善。
本文揭露之某些設計亦可用於過熱狀況之偵測，其使用連接至功率MOSFET之現存連接，例如與功率MOSFET閘極之連接，而並未使用額外之連接。不論是否透過與功率MOSFET的額外且獨立之電性連接，都可偵測過熱狀況。
例示方塊圖
圖1A顯示例示系統100之方塊圖，系統100其包括用於功率開關101之複數整合分散式溫度感測器103。系統100包括功率開關101、包括溫度感測器S1 至Sn 之複數整合分散式溫度感測器103、電源105、負載107及功率開關控制器109。
來自電源105之功率經過功率開關101提供至負載107。當功率透過功率開關101傳輸時，功率開關101之部分可能升溫。功率開關控制器109經設置以控制功率開關101之操作，舉例而言，透過調節功率開關101之閘極電壓。
複數整合分散式溫度感測器103係位於功率開關101之相異區域，舉例而言，如圖2A進一步所示。參照圖1A，溫度感測器S1 至Sn 受其等於功率開關101上相異區域之局部溫度影響。如圖4進一步所述，溫度變化影響溫度感測器S1 至Sn 之閾值電壓，造成溫度感測器S1 至Sn 之傳導狀態改變。閾值電壓係為在MOS感測器開始形成通道的閘極至源極電壓（VGS ），藉此造成通道電流傳導。因此，溫度感測器S1 至Sn 可偵測功率開關101之部分之局部過熱。響應於過熱，功率開關101之操作可經降低及/或停止。
於不同實施例，功率開關101係可為p型或n型功率MOSFET開關。於不同實施例，溫度感測器S1 至Sn 係可為p型或n型MOS感測器。MOS感測器及功率MOSFET之導電類型係可為相同（舉例而言，皆為p型、或皆為n型）。相較MOS感測器，功率MOSFET係可經設置且額定用於較高電壓之操作。
nMOS電路圖之例示
圖1B顯示例示系統110之方塊圖，系統110包括用於n型功率MOSFET 111之整合分散式nMOS感測器113。系統110包括功率MOSFET 111、包括複數溫度感測器S1 至Sn 之整合分散式nMOS感測器過熱調節系統113、電源115、負載117、電荷泵119、電流源121、電流監測器123、及包括電壓源VDC 及Vth@25ºC 之閘極至源極電壓（VGS ）偏置網路。
功率MOSFET 111之本體耦合至其源極。功率MOSFET 111係經設置以於其汲極接收來自電源115之輸入功率PWR IN，並於其源極提供輸出功率PWR OUT至負載117。功率MOSFET 111可透過提供足夠之高電壓至其閘極而經導通。於某些實施例，功率MOSFET 111係可為橫向擴散MOSFET（LDMOS）。
整合分散式nMOS感測器過熱調節系統113可包括複數nMOS感測器S1 至Sn ，其等係經整合且分散於功率MOSFET 111之相異部分。nMOS感測器S1 至Sn 之汲極係耦合至功率MOSFET 111之閘極。nMOS感測器S1 至Sn 之源極可耦合至功率MOSFET 111之源極。nMOS感測器S1 至Sn 之源極可耦合至nMOS感測器S1 至Sn 之本體。
nMOS感測器S1 至Sn 之閘極可相對於源極受偏置（VGS ），藉此nMOS感測器S1 至Sn 於常態操作溫度下係為關閉(off)且為非傳導性。nMOS感測器S1 至Sn 之VGS 亦受偏置，以控制nMOS感測器S1 至Sn 開始導通時的跳脫溫度（Ttrip ），如進一步於圖4所述。
nMOS感測器Sn 之VGS 偏置網路係以VDC 及Vth@25ºC 兩電壓源表示。Vth@25ºC 表示nMOS感測器Sn 於25ºC之閾值電壓。本發明論述於25ºC之閾值電壓係以一致之例示溫度協助讀者較佳之理解，但應理解，閾值電壓係可參考較高或較低之任一溫度經設定，並不限於25ºC。VDC 係為直流偏置電壓，其可經調整以控制nMOS感測器Sn 之汲極電流導通以開始下拉功率MOSFET 111之閘極時的溫度。VDC 係可為固定或可變之電壓源。於某些實施例，VDC 及Vth@25ºC 係可為獨立的。於某些實施例，VDC 及Vth@25ºC 係可經結合作為單一電壓源或參考電壓，其提供相應於跳脫溫度Ttrip 之跳脫電壓（Vtrip ）。圖8提供例示電路，其係可操作以提供Vth@25ºC 電壓，該電壓係衍生自與nMOS感測器Sn 相同類型之MOSFET，且進一步經補償以維持恆定之溫度。雖然例示之VGS 偏置網路係經描繪為個別溫度感測器Sn 之一部分，以設定用於相異溫度感測器之獨立跳脫溫度，但於不同實施例，單一VGS 偏置網路可提供偏置電壓至複數溫度感測器S1 至Sn 。
當nMOS感測器Sn 升溫時，nMOS感測器Sn 開始傳導之閾值電壓將下降。當nMOS感測器Sn 受相應於跳脫溫度Ttrip 之閘極至源極電壓VGS 偏置且於nMOS感測器Sn 周邊之功率MOSFET 111局部溫度造成nMOS感測器Sn 達到跳脫溫度Ttrip 時，nMOS感測器Sn 開始傳導。於傳導時，nMOS感測器Sn 將功率MOSFET 111之閘極電壓下拉至功率MOSFET 111之源極電壓。降低功率MOSFET 111之閘極電壓將減少及/或停止功率MOSFET 111之操作。
於圖2B所示之拓墣圖，nMOS感測器Sn 之端點以接近功率MOSFET 111閘極及/或源極電壓之電壓位準來進行偏置。因此，nMOS感測器Sn 係可經設置具有超過功率MOSFET 111閘極-源極電壓（VGS ）額定之汲極-源極電壓（VDS ）額定。於高階雙極性、互補MOS（CMOS）、雙擴散MOS（DMOS）製程技術中，低電壓nMOS感測器係可經使用以滿足VDS 額定及其他設計參數。低電壓nMOS感測器可經建構於功率MOSFET 111內，其小幅度或未增加面積成本（area penalty），且不影響功率MOSFET之操作。因此，複數低電壓MOS感測器S1 至Sn 可經嵌入並分散於功率MOSFET 111之內。
電荷泵119及電流源121可經設置以提供電流至功率MOSFET 111之閘極，以操作功率MOSFET 111。電流監測器123可監測由電流源121提供之電流，以偵測過熱狀況。若功率MOSFET 111之閘極於操作電壓，且因nMOS感測器S1 至Sn 之至少一者傳導電流而使接續之電流超過閾值安培數及/或安培數變化閾值時，其可指示過熱狀況。於某些實施例，電流監測器123係可經電壓監測器取代，其經設置以偵測功率MOSFET 111閘極電壓之壓降因nMOS感測器S1 至Sn 之至少一者而低於電壓閾值及/或超過電壓變化閾值，以作為過熱情況之指示。於功率MOSFET 111達到穩定導通(on)狀態之前，透過電流監測器123及/或電壓偵測器對過熱狀況之偵測係可經禁能或忽略。舉例而言，當功率MOSFET 111藉由提供電流至其閘極G並達到閘極電壓VG 而初始導通時，閘極G之寄生電容可產生電流，其並未響應為過熱狀況。同樣地，若功率MOSFET 111之閘極G之初使電壓於功率MOSFET 111經導通前係為0 V，則電壓自0 V升高至合適之閘極電壓VG 係由導通功率MOSFET 111引起，而非過熱狀況引起。為了偵測導通期間之過熱狀況，可使用變動率（ramp rate）監測器。當對寄生電容充電之電流量由任意數量之MOS感測器轉向遠離時，於閘極G之變動率將下降。
圖1C顯示例示系統130之方塊圖，該系統130包括用於實施熱遲滯之功率MOSFET 111之整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。圖1C包括近似圖1B所示之元件。
於圖1C，電流監測器123可包括控制電路系統或控制邏輯，以於電流監測器123偵測到過熱狀況時調整VDC 以提供熱遲滯。舉例而言，當電流監測器123偵測到電流超過閾值安培數，其係表示MOS感測器S1 至Sn 中至少一者響應到達第一跳脫溫度Ttrip_original 而傳導，則電流監測器123可調整VDC 以將Ttrip 設定為第二跳脫溫度Ttrip_hysteresis 。舉例而言，Ttrip_hysteresis 係可低於Ttrip_original ，藉此，當偵測到過熱情況時，於續行完整操作之前，功率MOSFET 111將冷卻至較低溫度Ttrip_hysteresis ，隨後Ttrip 可回復至Ttrip_original 。於某些實施例，於一過熱事件後，遲滯效應係可於受限時間內額外或替代地經使用。
圖1D顯示例示系統140之方塊圖，該系統140包括用於功率MOSFET 111之整合分散式nMOS感測器過熱調節及關閉系統。圖1D包括開關141、放大器143及近似圖1B所示之元件。
於圖1D，電流監測器123可響應於偵測過熱狀況，而暫時禁能功率MOSFET之操作。舉例而言，功率MOSFET 111可經禁能，直到到達特定溫度及/或特定時間。功率MOSFET 111係可經下列之其一者、某些、或任意組合而被禁能：禁能提供閘極電壓之電荷泵119、禁能提供閘極電壓之電流源121、禁能電源105，或關閉開關141。功率MOSFET 111可透過調整VDC 額外或替代性地經禁能，如圖1C所示，藉此啟動MOS感測器S1 至Sn 中至少一者。例示 nMOS 配置圖
圖2A顯示具有複數整合分散式nMOS感測器201a至201p之例示n型功率MOSFET 200之配置圖及其相應之放大配置圖210。放大配置圖210描繪功率MOSFET 200之一部分，包括：汲極區域D1至D4、閘極G1至G6，及源極區域S1至S3。放大配置圖210亦描繪nMOS感測器210h，其包括：p型井pw、p+型本體環B、n+型源極區域S、n+型汲極區域D，及閘極G。圖2B描繪了沿線221擷取的截面圖220。圓圈代表接點，其用於提供電性路徑至不同區域。為了明確性且避免放大圖210過度擁擠，未描繪圖1B、圖1C及圖1D所示功率MOSFET 200之本體與功率MOSFET 200之源極區域S1至S3之連結。然而，應理解，於放大配置圖210內部及/或外部，功率MOSFET 200之本體係可連結至功率MOSFET 200之源極區域S1至S3。
例示功率MOSFET 200係以單位單元之形狀表示，其可於積體電路設計中經重複。其他功率MOSFET可具有其他形狀，且係可為較大或較小。於某些實施例，功率MOSFET 200可經整合於其他積體電子裝置之半導體上。於某些實施例，功率MOSFET 200可經封裝為獨立晶片。於某些實施例，功率MOSFET 200可與或不與其他電子裝置（例如，圖1B所示之電荷泵、電流源及電流監測器）一起封裝。
複數nMOS感測器201a至201p分散於功率MOSFET 200y在半導體基板上佔用之區域的輪廓內。該輪廓係可為功率MOSFET 200外周之邊界，且複數nMOS感測器201a至201p位於該區域內、或功率MOSFET 200圍起之配置內。nMOS感測器201a至201p之各者可響應於功率MOSFET 200局部區域之溫度。於某些實施例，nMOS感測器201a至201p可均勻地分散於功率MOSFET 200。舉例而言，nMOS感測器201a至201p以垂直及水平方向各200 µm之間隔設置，於晶粒上感測器之間最遠點之距離係約141 µm。因為距離較近，相較於單一感測器設計，nMOS感測器201a至201p可於極短時間內響應於升溫。不同實施例中可使用較大或較小之距離。
nMOS感測器可經排列為陣列，其可包括至少1x2、2x2、4x4、5x5、10x10之排列，或其他任意尺寸之較大或較小排列。nMOS感測器亦可經排列為其他形態，如交錯陣列、越鄰近重要區域越緊密分布、或其他任意分布，包括不均勻之分布。當nMOS感測器201a至201p經並聯連接，鄰近nMOS感測器201a至201p中其一者之過熱狀況可觸發nMOS感測器201a至201p，以關閉及/或減少功率MOSFET 200之操作。
放大圖210描繪功率MOSFET 200之部分結構，其包括複數汲極區域D1至D4、複數源極區域S1至S3，及複數閘極G1至G6。汲極區域D1至D4透過金屬層（如圖2B所示）、布線層或功率MOSFET 200之其他部分而彼此電性耦合。源極區域S1至S3透過金屬層（如圖2B所示）、布線層或功率MOSFET 200之其他部分而彼此電性耦合。閘極G1至G6透過金屬層（如圖2B所示）、布線層或功率MOSFET 200之其他部分而彼此電性耦合。功率MOSFET 200之閘極G1至G6、源極區域S1至S3及汲極區域D1至D4係為「指狀」（有時亦稱為「條狀」或「段狀」）配置，其可延伸至功率MOSFET 200之其他部分。於不同實施例，功率MOSFET 200之汲極、源極及閘極亦可使用其他類型之配置。
汲極區域D1至D4接收傳輸至功率MOSFET 200之輸入功率PWR IN。源極區域S1至S3提供來自功率MOSFET 200之輸出功率PWR OUT。電壓及/或電流可經提供至閘極G1至G6，以控制功率MOSFET 200之操作。對於n型功率MOSFET 200，電壓及/或電流可經提供至閘極G1至G6以使功率MOSFET 200操作，其係可經降低以減少功率MOSFET 200之操作，並進一步經降低以禁能功率MOSFET 200之操作。
nMOS感測器201a至201p經設置以響應於局部過熱狀況導通並將電流轉向遠離功率MOSFET 200之閘極G1至G6，藉此，於閘極G1至G6之電壓下降且功率MOSFET 200之操作可經減少及/或禁能。放大圖210描繪之nMOS感測器201h包括源極區域S、閘極G及汲極區域D。如圖1B及圖2B所示，nMOS感測器201h之源極區域S耦合至nMOS感測器201h之本體環B，亦耦合至功率MOSFET 200之源極區域S1至S3。nMOS感測器201h之汲極區域D耦合至功率MOSFET 200之閘極G1至G6。
於不同實施例，nMOS感測器可使用其他類型之配置。雖然例示nMOS感測器201h經設置為中斷功率MOSFET 200之源極指狀物S2及兩汲極指狀物D3及D4之部分，於其他實施例，nMOS感測器係可經設置以完全或部分中斷任意數量及/或組合之功率MOSFET 200的源極或汲極區域。於某些實施例，連接至部分中斷區域（如汲極區域D2）之接點可經移動、改變或省略，以容納nMOS感測器201h。
圖2B顯示圖2A例示功率MOSFET 200沿線221之截面圖220。截面圖220描繪功率MOSFET 200之部分，其包括n+型汲極區域D1至D4、n+型源極區域S1及S3，及閘極G1、G2、G5及G6，其等下方各自具有絕緣體。源極區域S1及S3形成於高電壓p型井「hv pw」內，其將源極區域S1及S3與n型槽「N-TUB」及功率MOSFET之n+汲極區域分離。
截面圖200亦描繪nMOS感測器201h之部分，其包括n+型源極區域S、n+型汲極區域D、p+型本體環B、及本體p型井pw。nMOS感測器201h形成於N-TUB內。N-TUB使汲極區域D1至D4彼此耦合。N-TUB，包括功率MOSFET 200及nMOS感測器201a至201p，係形成於共用p型半導體基板「P-SUB」上。於N-TUB內，汲極D1至D4並未彼此橫向隔離。N-TUB並未垂直隔離於P-SUB。功率MOSFET 200亦未透過鄰近表面之絕緣體橫向隔離於nMOS感測器201h。圖2B所示之經減少之隔離係以較簡單且較低成本之製程，換來裝置與裝置間交互作用增加之風險。於其他實施例，汲極D1至D4及/或N-TUB可垂直隔離於P-SUB，汲極D1至D4可彼此橫向隔離，及/或功率MOSFET 200可橫向隔離於nMOS感測器201h。
金屬或其他布線層之至少一層體提供不同區域間之電性路徑。如圖2A所示，功率MOSFET 200之閘極G1、G2、G5及G6彼此電性耦合，功率MOSFET 200之源極區域S1及S3彼此電性耦合，且功率MOSFET 200之汲極區域D1至D4彼此電性耦合。功率MOSFET 200及nMOS感測器201h間之電性連結亦經描繪，如圖1B至圖1D所示。 例示pMOS系統
圖3A顯示例示系統300之方塊圖，系統300包括用於p型功率MOSFET 301之整合分散式pMOS感測器過熱調節系統303。系統300包括功率MOSFET 301、包括複數溫度感測器S1 至Sn 之整合分散式pMOS感測器過熱調節系統303、電源305、負載307、電流源311、電流監測器313，及包括電壓源VDC 及Vth@25ºC 之閘極至源極電壓（VGS ）偏置網路。圖3A之系統300係為圖1B所示系統110之pMOS實施，並以相似方式操作。
相較於nMOS實施，圖3A之pMOS實施提供提供某些權衡。pMOS電晶體之導通(on)狀態電阻係可為較高，於某些情況，其係可約為相似尺寸nMOS電晶體導通(on)狀態電阻之兩倍至三倍。因此，相較於相應之nMOS，pMOS感測器S1 至Sn 及功率MOSFET 301的效率較低及/或佔用較大區域。
pMOS實施使p型功率MOSFET 301閘極之驅動更加容易，其可於其電源軌之間驅動。另一方面，為了提供正VGS 至圖1B之n型功率MOSFET 111，n型功率MOSFET 111之閘極係經高於電源115提供之電壓驅動，且系統110可使用電壓源及/或電荷泵執行。系統300之pMOS實施可不以獨立電荷泵或電壓源操作。pMOS實施可使用較簡易之驅動器設計。pMOS實施可使用於特定功率範圍之某些應用及/或效率影響較低之應用。
圖3B顯示具有複數整合分散式pMOS感測器321a至321p之例示p型功率MOSFET 320之配置圖及其相應之放大圖330。放大圖330描繪功率MOSFET 320之部分，包括：汲極區域D1及D2、閘極G1至G6、源極區域S1至S3，及本體區域b1及b2。放大圖330亦描繪pMOS感測器321h，其包括：n型井nw、n+型本體環B、p+型源極區域S、p+型汲極區域D，及閘極G。截面圖350係沿圖3C之線341描繪。圓圈代表接點，其用於提供至不同區域之電性路徑。
功率p型MOSFET 320以近似於圖2所示n型MOSFET 200之方式操作，其中，電源係為反向且區域類型經翻轉。功率係透過功率MOSFET 320之源極區域S1至S3接收。pMOS感測器321h具有p型源極區域S及p型汲極區域D，其等形成於n型井nw內。
圖3C係為圖3B所示例示功率MOSFET 320沿線341之截面圖350。截面圖350描繪功率MOSFET 320之部分，包括：於p型深汲極PDD 內之p+型汲極區域D1及D2、形成於n型井NW內之p+型源極區域S1及S3、下方分別具有絕緣體之閘極G2及G5，及n型井「NW」內之高傳導性n+型本體區域b1及b2。功率MOSFET 230及pMOS感測器321h經形成於n型埋層「NBL」之上。NBL係形成於p型基板「P-SUB」之上。
NBL區域使汲極區域D1及D2隔離於基板P-SUB。汲極區域D1及D2隔離於基板P-SUB可降低由耦合至及/或整合於基板P-SUB上之隔離電路系統引起之干擾及雜訊。汲極區域D1及D2隔離於基板P-SUB亦可降低共用相同基板（例如，於晶片應用上之系統）之電路間之非所望交互作用。當基板至n型擴散接面受順向偏置，或較大之位移電流經傾卸至基板時，基板雜訊可能形成，其係為n型擴散區域受快速充電或放電之結果。汲極區域D1及D2與基板P-SUB間的隔離亦可降低於汲極區域D1及D2之電壓擺幅對耦合及/或整合於基板P-SUB之其他電路之影響。
金屬或其他布線層之至少一層體提供不同區域間之電性路徑。如圖3A所示，功率MOSFET 320之閘極G2及G5彼此電性耦合，功率MOSFET 320之源極區域S1及S3彼此電性耦合並耦合至本體區域b1及b2，且功率MOSFET 320之汲極區域D1及D2彼此電性耦合。連接至pMOS感測器之電性連結亦經描繪，如圖3A所示。例示圖
圖4顯示電壓與溫度間例示關係之圖表400。X軸表示溫度，且Y軸表示電壓。第一曲線401表示一MOS感測器之閾值電壓。第二曲線403表示依功率MOSFET之閘極電壓。
閾值電壓401係為閘極至源極電壓（VGS ），其中，於此閘極至源極電壓（VGS ）下開始在MOS溫度感測器內形成通道。閾值電壓係相對溫度呈現近似反線性之曲線401。曲線401之斜率範圍約為-1.5 mV/ºC至-2.0 mV/ºC，且可根據製造類型及/或組成材料改變。
於25ºC，用於MOS感測器之閾值電壓係為Vth@25ºC 。跳脫溫度Ttrip 可經選擇為安全運作溫度，其中，於此安全運作溫度下MOS感測器將開始減少功率MOSFET之運作。跳脫溫度Ttrip 係相應於跳脫閾值電壓Vth@trip 。
本文論述之MOS感測器可常態性經偏置，藉此，其等係為關閉（off）且並不導通。MOS感測器亦可經偏置，以於經選定之溫度Ttrip 跳脫。當MOS感測器響應高溫而跳脫，並造成閾值電壓Vth 下將至低於其DC閘極電壓時，MOS感測器開始形成傳導性通道，其將電流傳導遠離功率MOSFET之閘極。
作為響應，於功率MOSFET閘極之電壓403開始下降，其造成功率MOSFET之操作減少，且最終關閉。因此，當功率MOSFET之一局部部分過熱時，MOS感測器將減少及/或禁能功率MOSFET之操作，至少直到溫度下降至低於跳脫溫度Ttrip ，若實施熱遲滯或計時器時，則直到溫度更進一步降低。
於某些實施例，系統可包括參考電路以產生Vth@25ºC 及第二電壓，以相對Vth@25ºC 設定跳脫電壓。舉例而言，圖1B包括Vth@25ºC 及VDC 。於此系統，Vth@25ºC 係可為恆定或固定電壓，而VDC 係可經調整以改變MOS感測器將導通之跳脫溫度Ttrip 。於某些實施例，單一組或可變電壓源可經使用以取代圖1B所示之兩電壓源。圖8描繪例示電路，其經使用以產生用於MOS感測器之Vth@25ºC 。
圖5A顯示例示晶粒之功率消耗501及晶粒溫度503之圖表500，例示晶粒具有功率MOSFET，MOSFET具有實施近似線性控制響應之整合分散式過熱調節系統。系統經設置以提供對過熱狀況之（至少於初始）近似線性響應，其係透過響應於超過跳脫溫度之溫度上升而部分減少功率MOSFET之操作。
於時間t0 ，功率MOSFET係為關閉(off)，且晶粒溫度係於周圍溫度Tambient 。
於時間t1 ，功率MOSFET導通，且開始快速地傳輸功率至負載。當功率501經消耗時，晶粒溫度503開始自Tambient 上升。舉例而言，若功率MOSFET之汲極為12 V，源極為0 V，且消耗60 W以提供5 A之汲極電流至負載，則功率MOSFET可經歷急遽之升溫。
於時間t2 ，至少一MOS感測器達到跳脫溫度Ttrip ，且開始形成傳導性通道。當至少一MOS感測器啟動以控制功率MOSFET之閘極並以經降低之消耗率來維持晶粒溫度503時，功率消耗501可能暫時過衝。
於時間t3 ，至少一MOS感測器形成足以下拉功率MOSFET閘極電壓之傳導性通道，藉此，功率MOSFET之操作經減少，且消耗較少功率。作為響應，晶粒溫度503到達經調節溫度Tregulated ，並在經調節溫度Tregulated 下操作且未進一步升溫。若晶粒進一步升溫，則MOS感測器可進一步減少或甚至禁能功率MOSFET之操作。
圖5B顯示例示晶粒之功率消耗551及晶粒溫度553之圖表550，例示晶粒具有功率MOSFET，MOSFET具有實施關閉及熱遲滯控制響應之整合分散式過熱調節系統。溫度調節系統經設置於至少一感測器到達跳脫溫度Ttrip 時關閉功率MOSFET，並於溫度到達一較低溫度Thysteresis 時透過續行操作來提供熱遲滯響應。於某些設計，Thysteresis 可額外或替代性地具有基於計時器之組件。
於時間t0 ，功率MOSFET係為關閉(off)，且晶粒溫度係於周圍溫度Tambient 。
於時間t1 ，功率MOSFET導通，且開始快速地傳輸功率至一電容負載。當功率551經消耗時，晶粒溫度553開始自Tambient 上升。舉例而言，若功率MOSFET之汲極為12 V，源極為0 V，且消耗60 W以提供5 A之汲極電流至負載，則功率MOSFET可經歷急遽之升溫。
於時間t2 ，至少一MOS感測器達到跳脫溫度Ttrip ，且開始形成傳導性通道。當至少一MOS感測器啟動以控制功率MOSFET之閘極藉以在冷卻前禁能功率MOSFET時，功率消耗501可暫時過衝。響應於到達跳脫溫度Ttrip ，系統禁能功率MOSFET，且晶粒溫度553開始冷卻。
於時間t3 ，晶粒溫度553經充分地冷卻，並達到較低溫度Thysteresis 。作為響應，功率MOSFET再次受致能，並開始增加功率551之消耗。若電容負載經實質或完全充電，則電容負載可獲取穩定之功率量，其並不造成溫度553上升至跳脫溫度Ttrip ，且功率MOSFET將以穩定功率消耗續行操作。例示系統應用
圖6A顯示例示功率傳輸系統600之方塊圖。方塊圖包括電壓源601、電流偵測器603、功率MOSFET 605、電容負載元件607、負載電流源609、電壓變化率控制器611、電流限制器613、及整合分散式過熱調節系統615。
功率MOSFET 605係可近似於圖1B之n型功率MOSFET。功率MOSFET 605係經設置以調節由電壓源601傳輸至負載之功率，該負載可包括電容負載元件607及負載電流源609。於其他實施例，功率MOSFET 605係可為如圖3A所示之p型MOSFET，或為圖1A之任一功率開關。
電壓變化率控制器611係經設置以控制功率MOSFET 605之閘極電壓。電壓變化率控制器611亦經設置以將閘極電壓變化率限制於閾值電壓變化率內。電壓變化率控制器611可防護高湧浪電流。
電流限制器613係經設置以將傳輸至功率MOSFET 605閘極之電流限制於閾值電流。電流限制器613可防護高湧浪電流。
整合分散式過熱調節系統615係經設置以保護功率MOSFET 605免於局部過熱狀況。整合分散式過熱調節系統615之例示係經描繪於圖1A至圖3C。
電流偵測器603可監測透過功率MOSFET 605提供至負載元件之電流量。
圖6B係為使用功率傳輸系統（如圖6A所示之功率傳輸系統600）之例示伺服器651。伺服器651包括複數熱抽換電腦刀鋒（computer blade）653。
當電腦刀鋒653經插入且上電時，其初始獲取大量功率以啟動。功率開關，例如功率MOSFET，可調節由伺服器機殼傳遞至電腦刀鋒653之功率傳輸。初始湧浪可造成功率MOSFET經歷局部加熱情況。為了防止局部加熱情況，功率MOSFET可包括整合分散式過熱調節系統，如圖1A至圖3C所示。
功率開關可經使用以於不同應用中傳輸功率。舉例而言，當電子系統最初上電時、當熱插拔元件經插入時、當子板組件經耦合時、當斷路器經關閉時，或其他類似狀況時，可能經歷功率之湧浪。該等功率之湧浪可造成功率開關過熱。其他例 示設計
圖7A顯示例示功率MOSFET之一部分之配置圖700及其相應之截面圖710，例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。該部分包括一nMOS感測器，其包括：於經絕緣體圍繞之淺p型井「SH-PW」內之n+型源極區域S、閘極G及n+型汲極區域D。該部分亦包括功率MOSFET之部分，其包括：閘極G1至G4、n+型源極區域S1至S3、及n+型汲極區域D1至D4。應理解，功率MOSFET可進一步延伸於所有方向，且可於配置圖700所示圍繞之p+ RING內包括額外nMOS感測器。圖7A之系統係近似於圖2A之放大配置圖210。
於圖7A，nMOS感測器係透過交互絕緣體701，例如氧化物淺溝結構（STI），隔離於功率MOSFET。於某些實施例，nMOS感測器之源極S及汲極D係可鄰近於或直接鄰接於絕緣體701。圖7A之絕緣體701可經使用作為圖2B所示pw/p+/pw nMOS環配置之替代物，或與其組合。防護氧化層「RPO」可經設置於功率MOSFET之閘極與汲極之間，以降低矽化物擴散。
截面圖710描繪功率MOSFET之n+摻雜主動汲極區域D1及D2，其等可形成於深p型井「DPW」上之n型深汲極「NDD 」區域內。nMOS感測器之淺p型井SH-PW與n型深汲極NDD 區域係透過n型埋層「NBL」隔離於p型基板「P-SUB」。功率MOSFET可經n型埋層NBL及淺n型井「SHNW」圍繞，如配置圖之n+環所示。淺p型井「SHPW」可將功率MOSFET與淺n型井SHNW分離。p+摻雜隔離環「p+ ISO RING」可進一步將功率MOSFET與基板P-SUB上之其他裝置分離。
圖7B顯示例示MOSFET之一部分之配置圖720，例示MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。除了一p+環區域圍繞且封閉nMOS感測器，圖7B之配置係近似於圖7A所示之配置，。p+環區域係進一步描繪於圖7C之截面圖。
圖7C顯示例示功率MOSFET之截面圖730，例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。功率MOSFET係為擴散n型MOSFET（DNMOS），且感測器係為低電壓n型MOSFET（LV NMOS）。配置係可延伸，藉此，DNMOS及/或LV NMOS可延伸及/或重複。DNMOS係可為較高電壓裝置如16 V DNMOS，LV NMOS係可為較低電壓裝置，如5 V LV NMOS。其他電壓差值亦可經使用。
於例示截面圖730，LV NMOS係於淺p型井SH-PW內，且兩側具有本體區域B。本體區域B及絕緣區域可於較淺之深度形成環，其將LV NMOS隔離於DNMOS。DNMOS之汲極D可形成於深p型井DPW上之n型深汲極NDD 區域內。LV NMOS及DNMOS皆可透過n型埋層NBL絕緣於p型基板PSUB。
圖7D顯示例示功率MOSFET之截面圖740，例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。圖7D之元件係近似於圖7C之元件。
於例示截面圖740，LV NMOS缺乏於LV NMOS之汲極D與DNMOS之汲極D間之p+摻雜本體B區域，其係存在於圖7C之截面圖730。於圖7D，絕緣體於較淺深度隔離LVNMOS及DNMOS。透過省略於LV NMOS之汲極D與DNMOS之汲極D間之p+摻雜本體B區域，配置係可經較小尺寸製作，換來裝置與裝置間交互作用增加之風險。額外電路
圖8顯示用於產生參考電壓之例示電路800。參考電壓係可為閾值電壓，如Vth@25ºC 或任意其他溫度。系統包括輸入IN、輸出OUT、n型MOSFET N1、雙極性NPN電晶體Q1、經設置以隨溫度等比例變化之可變電流源IPTAT、經設置以隨溫度互補變化之可變電流源ICTAT、電阻器R1，及電阻器R2。電晶體N1係可經選擇與MOS感測器為相同類型。透過調整用於IPTAT、ICTAT之電流值及用於R1及R2之電阻（舉例而言，使用模擬器），於寬範圍之操作溫度下，於節點TGATE之輸出電壓係可約等同於MOSFET N1之閾值電壓。對於IPTAT、ICTAT、R1及R2之特定數值，於TGATE之電壓可設定為Vth@25ºC 。
圖9顯示例示示意圖900，其描繪具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統之n型功率MOSFET 901。示意圖900顯示功率MOSFET 901、複數MOS感測器（如圖1A所示）之其一n型MOS感測器903、電流源905、電壓偵測器及控制器907。複數n型MOS感測器903係可經分散且整合於功率MOSFET 901內，如上所述。節點Vo位於nMOS感測器903之汲極D與電流源905之間。於某些實施例，節點Vo係可位於nMOS感測器之汲極D。
TGATE節點係可共用於複數整合分散式MOS感測器903。節點Vo亦可共用於複數整合分散式MOS感測器903。MOS感測器903可偵測局部過熱事件。當到達跳脫溫度Ttrip 時，MOS感測器903可開始導通，降低於節點Vo之電壓。耦合至節點Vo之電壓偵測器907係可經設置以感測於節點Vo之經降低電壓。作為響應，控制器可降低於GATE之電壓，以減少及/或禁能功率MOSFET 901之操作。
其他細節
本文論述之原理及益處係可經實施於不同裝置。該等裝置之例示可包括但不限於，消費性電子產品、消費性電子產品之部分、電子測試設備等。消費性電子產品之部分可包括計時電路、類比至數位轉換器、放大器、可程式化濾波器、衰減器、可變頻電路等。電子裝置之例示亦可包括記憶體晶片、記憶體模組、用於光學網路或其他通訊網路之電路、蜂巢式通訊基礎設施如基地臺、及硬碟驅動裝置電路。消費性電子產品可包括但不限於，無線裝置、行動電話（舉例而言，智慧型手機）、醫療保健監測裝置、車載電子系統如自動電子系統、電話、電視、電腦螢幕、手持電腦、平板電腦、筆記型電腦、個人數位助理（PDA）、微波爐、冰箱、立體音響系統、卡式錄音機或播放器、DVD播放機、CD播放機、數位錄影機（DVR）、卡式錄影機（VCR）、MP3播放器、收音機，攝錄影機、照相機、數位相機、可攜式記憶體晶片、洗衣機、烘乾機、洗衣機/烘乾機、影印機、傳真機、掃描器、多功能周邊裝置、手錶、時鐘等。此外，該等裝置可包括未完成之產品。再者，產品可包括高電壓應用，如車輛內之車輛控制電路、重或工業機具之致動器、航太科技等。
除非於本文中有明確要求，於實施方式與申請專利範圍中之用語「包含（comprise）」、「包含（comprising）」、「包括（include）」、「包括（including）」等應以一兼含概念解釋，而非以一窮舉或詳舉概念；即「包括，但不限於」之概念。於此通常使用之用語「耦合」或「連接」指至少二元件可為直接連接，或透過至少一中間元件連接。此外，於本申請案中所使用之該等用語「於此」、「上述」、「以下所述」與相似含意之用語應以本申請案之整體觀之，而非本申請案之任何特定部分。於本文允許下，於實施方式中使用單數或複數之用語亦可分別包括複數或單數。至少二項目之一列表中之用語「或」係意圖涵蓋該用語之以下所有解釋：該列表中之任何項目、該列表中之所有項目，以及該列表中任何項目之組合。於此所提供之所有數值係意圖包括於一測量誤差內中相似數值。為了明確性並增進理解，電路及原理之某些論述可能經簡化假設或計算。
此外，除非另有明確說明，或如本文中所使用以其他方式理解外，於此所使用之附條件之表達方式，諸如「可以」、「可」、「可能」、「可能」、「如」、「例如」、「舉例而言」等，係通常意圖表達某些實施例包括，但其他實施例不包括某些特徵、元件與/或狀態。
於此所提供本發明之教示可應用至其他系統，未必為如上所述之系統。如上所述不同實施例之元件與作用可相結合以提供進一步實施例。
雖已描述本發明之某些實施例，但該等實施例僅以例示方式呈現，並不用以限制本發明所揭露之範圍。確實，於此所述之新穎方法與系統可以其他各種形式經實施。此外，在不脫離本發明所揭露之精神情況下，可對於此所述方法與系統之形式進行各種省略、替換與改變。所附之申請專利範圍及其均等物係意於涵蓋落入本發明所揭露之範圍與精神內之該等形式或修改。因此，本發明之範圍係由申請專利範圍所定義。
100:系統 101:功率開關 103:整合分散式溫度感測器 105:電源 107:負載 109:功率開關控制器 110:系統 111:n型功率MOSFET 113:整合分散式溫度感測器 115:電源 117:負載 119:電荷泵 121:電流源 123:電流監測器 130:系統 140:系統 141:開關 143:放大器 200:n型功率MOSFET 201a-201p:nMOS感測器 210:放大圖 220:截面圖 221:線 301:功率MOSFET 303:整合分散式pMOS感測器過熱溫度調節系統 305:電源 307:負載 311:電流源 313:電流監測器 320:功率MOSFET 321a-321p:pMOS感測器 330:放大圖 341:線 350:截面圖 400:圖表 401:第一曲線 403:第二曲線 500:圖表 501:功率消耗 503:晶粒溫度 550:圖表 551:功率消耗 553:晶粒溫度5 600:功率傳輸系統 601:電壓源 603:電流偵測器 605:功率MOSFET 607:電容負載元件 609:負載電流源 611:電壓變化率控制器 613:電流限制器 615:整合分散式過熱調節系統 651:伺服器 653:電腦刀鋒 700:配置圖 701:絕緣體 710:截面圖 720:配置圖 730:截面圖 740:截面圖 800:電路 900:示意圖 901:功率MOSFET 903:MOS感測器 905:電流源 907:電壓偵測器及控制器 b1,b2:本體區域 B:本體環 D,D1:D4:汲極區域 DNMOS:擴散n型MOSFET DPW:深p型井 G,G1:G6:閘極 ICTAT:可變電流源 IN:輸入 IPTAT:可變電流源 hv pw:高電壓p型井 LV NMOS:低電壓n型MOSFET nw:n型井 N1:n型MOSFET NDD:n型深汲極 NBL:n型埋層 NW:n型井 N-TUB:n型槽 OUT:輸出 p+ ISO RING:p+摻雜隔離環 pw:p型井 PDD:p型深汲極 P-SUB:p型半導體基板/p型基板 PWR IN:功率 PWR OUT:輸出功率 Q1:雙極性NPN電晶體 R1,R2:電阻器 RPO:防護氧化層 S,S1~S4:源極區域 SHNW:淺n型井 SPNW:淺p型井 SH-PW:淺p型井 Tambient:周圍溫度 Thysteresis:較低溫度 Tregulated:經調節溫度 Ttrip:跳脫溫度 TGATE:節點 Vo:節點
圖1A顯示例示系統之方塊圖，該系統包括用於功率開關之整合分散式溫度感測器。 圖1B顯示例示系統之方塊圖，該系統包括用於功率MOSFET之整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖1C顯示例示系統之方塊圖，該系統包括用於實施熱遲滯之功率開關之整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖1D顯示例示系統之方塊圖，該系統包括用於功率MOSFET之整合分散式nMOS感測器過熱調節與關閉系統。 圖2A顯示具有複數整合分散式nMOS感測器之例示n型功率MOSFET之配置圖及其相應之放大配置圖。 圖2B顯示圖2A例示n型功率MOSFET之截面圖。 圖3A顯示例示系統之方塊圖，該系統包括用於p型功率MOSFET之整合分散式pMOS感測器過熱調節系統。 圖3B顯示具有複數整合分散式pMOS感測器之例示p型功率MOSFET之配置圖其相應之放大配置圖。 圖3C顯示圖3B所示例示p型功率MOSFET之截面圖。 圖4顯示電壓與溫度間例示關係之圖表。 圖5A係為例示晶粒之功率消耗及晶粒溫度之圖表，該例示晶粒具有功率MOSFET，且功率MOSFET具有實施近似線性控制響應之整合分散式過熱調節系統。 圖5B顯示例示晶粒之功率消耗及晶粒溫度之圖表，該例示晶粒具有功率MOSFET，且功率MOSFET具有實施關閉及遲滯控制響應之整合分散式過熱調節系統。 圖6A顯示例示功率傳輸系統之方塊圖。 圖6B顯示使用功率傳輸系統之例示伺服器。 圖7A顯示例示功率MOSFET之一部分之配置圖及其相應之截面圖，該例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖7B顯示例示MOSFET之一部分之配置圖，該例示MOSFET具有包括嵌入式本體連結控制環之整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖7C顯示例示功率MOSFET之截面圖，該例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖7D顯示例示功率MOSFET之截面圖，該例示功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖8顯示用於產生參考電壓之例示電路。 圖9顯示例示n型功率MOSFET之示意圖，該n型功率MOSFET具有整合分散式nMOS感測器過熱調節系統。 圖式中之元件不必然按照尺寸描繪。為了明確性及/或強調之目的，某些特點係可經放大或縮小。
100:系統
101:功率開關
103:整合分散式溫度感測器
105:電源
107:負載
109:功率開關控制器

Claims (23)

  1. 一種具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，包括： 一功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET），其位於一半導體基板上，並經設置以傳輸來自一電源之功率；以及 複數金屬氧化物半導體（MOS）感測器，其等經分散於由該功率MOSFET圍起之該半導體基板之一區域內，該等MOS感測器包含： 一第一MOS感測器，其具有一閾值電壓，該閾值電壓經設置以基於該功率MOSFET之一第一局部部分之一第一溫度而改變傳導性；以及 一第二MOS感測器，其具有一第二閾值電壓，該第二閾值電壓經設置以基於該功率MOSFET之一第二局部部分之一第二溫度而改變傳導性。
  2. 如請求項1之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，其中： 各該MOS感測器係為一n型MOS電晶體，其具有一汲極，該汲極係電性耦合至該功率MOSFET之一閘極。
  3. 如請求項2之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，更包括： 一電壓源，其經設置以提供一第一電壓至該功率MOSFET之該閘極； 其中，該功率MOSFET係經設置以於較低於該第一電壓之一第二電壓下傳輸來自該電源之功率。
  4. 如請求項1之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，其中： 各該MOS感測器係為一p型MOS電晶體，其具有一汲極，該汲極係電性耦合至該功率MOSFET之一閘極。
  5. 如請求項4之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，其中： 該功率MOSFET係經設置以傳輸來自該電源之功率，該功率係於一第一電壓下提供；且 該功率MOSFET之該閘極係經設置以於較低於該第一電壓之一第二電壓下被驅動。
  6. 如請求項1之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，其中： 一偏置電路，其經設置以偏置該第一MOS感測器之一閘極，藉以控制該第一MOS感測器之一跳脫電壓。
  7. 如請求項6之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，該偏置電路包含： 一第一電壓源；以及 一電路，其經設置以產生於給定之一固定溫度下之該第一MOS感測器之一閾值電壓。
  8. 如請求項1之具有內建分散式過熱偵測之功率傳輸系統，其中： 該功率MOSFET包括複數汲極區域，其等透過一金屬層彼此耦合；以及 該等汲極區域係隔離於該半導體基板。
  9. 一種於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，包括： 一功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET），其位於一半導體基板上；以及 複數n型金屬氧化物場效（nMOS）電晶體，其等經分散於由該功率MOSFET圍起之該半導體基板之一區域內，其中，各該nMOS電晶體具有一汲極，該汲極電性耦合至該功率MOSFET之一閘極。
  10. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中，各該nMOS電晶體經設置響應於該功率MOSFET中之一個別局部區域之一過熱情況，以：將電流傳導遠離該功率MOSFET之該閘極，並降低該功率MOSFET之該閘極之一電壓。
  11. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中，當至少一該nMOS電晶體到達一跳脫溫度時，該功率MOSFET係經設置以關閉。
  12. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中： 各該nMOS電晶體具有一本體，其係隔離於該功率MOSFET之一本體；以及 該功率MOSFET以一封閉環組態圍繞各該nMOS電晶體。
  13. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中，各該nMOS電晶體具有一本體，該本體經設置為一環狀以圍繞該等nMOS電晶體。
  14. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，更包括： 一偏置網路，其經設置以設定該等nMOS電晶體每一者之一閘極-源極電壓（VGS ），以使各該nMOS電晶體於各該nMOS電晶體到達一跳脫溫度時導通。
  15. 如請求項14之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，更包括： 一熱遲滯系統，其經設置以響應於一過熱事件之偵測，改變提供予至少一該nMOS電晶體之一偏置電壓。
  16. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中： 該等nMOS電晶體係位於由該功率MOSFET圍起之該半導體基板之該區域內之複數獨立位置，藉此，各該nMOS電晶體係經設置以獨立響應於與各該nMOS電晶體鄰近之一個別位置之一個別溫度。
  17. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中： 各該nMOS電晶體具有一汲極-源極電壓（VDS ）額定，其係高於該功率MOSFET之一閘極-源極電壓（VGS ）額定。
  18. 如請求項9之於局部區域具有整合分散式過熱保護之開關，其中： 該等nMOS電晶體係經去耦合且隔離於該功率MOSFET，其係透過下列之至少一者： 一摻雜環； 一絕緣體環；或 一槽。
  19. 一種具有過熱保護之功率分配方法，包括： 使用一功率金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFET）來控制至一負載之功率傳輸，該MOSFET具有形成於一半導體基板上之一配置；以及 使用複數分散式金屬氧化物半導體（MOS）感測器電晶體來偵測一過熱狀況，該等MOS感測器電晶體係經整合於該半導體基板上之該功率MOSFET之該配置中，該等MOS感測器電晶體包括一第一MOS感測器電晶體及一第二MOS感測器電晶體； 其中，偵測該過熱狀況包括：響應於該功率MOSFET之該配置之一第一區域之一溫度改變，改變該第一MOS感測器電晶體之一閾值電壓，以及響應於該功率MOSFET之該配置之一第二區域之一溫度改變，改變該第二MOS感測器電晶體之一閾值電壓。
  20. 如請求項19之具有過熱保護之功率分配方法，其中，偵測該過熱狀況更包括： 偵測受該第一MOS感測器電晶體或該第二MOS感測器電晶體中至少一者之一操作狀態所影響之一電流或電壓。
  21. 如請求項19之具有過熱保護之功率分配方法，更包括： 於該功率MOSFET操作期間，以實質恆定之一電壓偏置該第一MOS感測器電晶體及該第二MOS感測器電晶體；以及 響應於該過熱狀況之偵測，透過改變該功率MOSFET之一閘極之一電壓，降低該MOSFET之一操作。
  22. 如請求項19之具有過熱保護之功率分配方法，其中： 各該MOS感測器電晶體係為一p型MOS電晶體，其具有一汲極，該汲極係經電性耦合至該功率MOSFET之一閘極。
  23. 如請求項19之具有過熱保護之功率分配方法，其中： 各該MOS感測器電晶體係為一n型MOS電晶體，其具有一汲極，該汲極係經電性耦合至該功率MOSFET之一閘極。
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