[发明专利]具有电荷分布结构的开关器件

说明书

背景技术

本发明涉及半导体器件。具体而言，本发明涉及起开关和功率开关作用的高压异质结构场效应晶体管(HFET)。

高压半导体开关是电子电路中用于功率转换的关键部件。这些应用的实施例包括用于电子设备的电源、用于电动马达的驱动器以及用于太阳能电池的逆变器。

功率开关具有允许器件传导电流的导通状态，且具有防止器件传导电流的断开状态。当功率开关处于导通状态时，该功率开关可以传导数十或数百安培的电流而该开关两端的电压小于1伏特。当功率开关处于断开状态时，该功率开关通常必须承受数百或数千伏特的电压而传导基本为零的电流。器件处于断开状态而传导不多于一个给定的小电流值时该器件能经受的电压有时被称为击穿电压。

通常期望两种状态之间的转变尽可能地快，因为在转变期间，在开关中可能有相对高的电流同时开关两端可能有相对高的电压。同时存在相对高的电流和相对高的电压表示能量损失，在最好的情况下该能量损失是不期望的且在最坏的情况下该能量损失可毁坏该开关。

高压HFET对于用作功率开关是具有吸引力的，主要因为高压HFET可以显著地比在类似的电压下传导相同的电流的其他半导体开关快地改变状态。与使用传统基于硅的技术的晶体管相比，用在HFET的构造中的材料还允许HFET在更高的温度下运行。

用于功率开关的HFET的制造的一个主要问题是，现有技术生产具有显著地在理论上可能的值之下的击穿电压的器件。另外，难于预测已知技术的应用(诸如，场极电极的使用)如何影响击穿电压。如此，针对特定特性的器件设计是困难且耗时的，需要应用试探法来制造和测试硬件而不是使用计算机建模。

需要一种解决方案，该解决方案允许为了期望的性能以更少的时间设计带有可预测的击穿电压的功率HFET。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施方案，其中除非另有指定，所有各个视图中相同的参考数字指示相同的部件。

图1是示出根据本发明的教导的示例性电荷分布结构的部件的示例性半导体器件的横截面。

图2是一示例性半导体器件的横截面，示出根据本发明的教导的示例性电荷分布结构的部件与半导体器件中的有源层之间的电容。

图3A是在恒定电压和电流的条件下包括具有根据本发明的教导的电荷分布结构的半导体器件的示例性电路的原理图。

图3B是示出图3A的示例性电路中的恒定电压和电流的相对幅度的曲线图。

图4是图3A的电路中的示例性半导体器件的一部分的横截面，大体上例示了对于图3B的曲线图中所描绘的条件的电荷和电容的分布。

图5A是在动态电压和电流的条件下包括具有根据本发明的教导的电荷分布结构的半导体器件的另一个示例性电路的原理图。

图5B是示出图5A的示例性电路中的动态电压和电流的相对幅度的曲线图。

图6是图5A的电路中的示例性半导体器件的一部分的横截面，大体上例示对于图5B的曲线图中所描绘的条件的电荷和电容的分布。

图7A是示出包括根据本发明的教导的电荷分布结构的示例性半导体器件的多个部分和特征的相对位置的以一个立体图形式的图解。

图7B是图7A中的示例性半导体器件的以一个不同的立体图形式的图解，例示在图7A的视图中不可见的其他部分和特征的相对位置。

图8是大体上例示构造图7A和图7B中所例示的具有根据本发明的教导的电荷分布结构的示例性半导体器件的过程中的样本操作流程的示例性流程图。

图9A是示出包括根据本发明的教导的电荷分布结构的另一个示例性半导体器件的多个部分和特征的相对位置的以一个立体图形式的图解。

图9B是图9A中的示例性半导体器件的以一个不同的立体图形式的图解，例示在图9A的视图中不可见的其他部分和特征的相对位置。

图10是大体上例示构造图9A和图9B中所例示的具有根据本发明的教导的电荷分布结构的示例性半导体器件的过程中的样本操作流程的示例性流程图。

图11是示出示例性静态放电系统的等效电路的电原理图。

图12是示出例示示例性静态放电系统的一般配置的等效电路的电原理图。

图13是示出示例性静态放电系统的晶体管的半导体结构的横截面。

图14是示出示例性静态放电系统的晶体管和具有示例性电荷分布结构的示例性高压功率HFET的一部分的半导体结构的俯视图。