[发明专利]具有Q1和Q4控制的双向开关

说明书

本发明涉及一种参考后表面的控制类型的垂直双向开关，包括在其后表面上的第一主电极(A1)、在其前表面上的第二主电极(A2)以及栅极电极(G)。所述开关能够由栅极电极与第一电极之间的正电压控制。在所述开关中，栅极电极(G)被布置在穿过其中形成开关的芯片的过孔的前表面上。

分案申请说明

本申请是于2012年12月29日进入中国国家阶段的国家申请号为201180076227.9、名称为“具有Q1和Q4控制的双向开关”的PCT申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及由半导体芯片形成的双向开关，该半导体芯片包括在芯片各表面上的主电极和在芯片前表面的控制电极，该控制电极或栅极由参考于后表面电极电压的电压所控制。

背景技术

这类组件不同于单向可控硅或三端双向可控硅，其中参考前表面电极控制栅极信号。具有参考后表面的栅极电极的事实是有利的，这是因为便于将包括单个电极的后表面连接至接地板或辐射器(radiator)上，这使得栅极信号能够参考固定电压(例如接地电压)，而在许多应用中，主表面电极被连接至主电压，使其必需提供隔离系统以递送控制信号和可变电势之间的电压。

本申请人已创建参考后表面的双向开关的概念，其以“ACS”的商品名称出售，本申请人已经对这些部件进行许多研究。特别提到美国专利No.6034381、6593600和6927427。另外，本申请人之前提供将多个单向部件(可控硅)与共阴极(cathode)并联连接，该栅极参考该阴极，如美国专利5914502所述。

当在Q1和Q4模式下可控时，即当栅极关于后表面电极为正时，各种已知双向后表面参考开关的架构具有涉及晶体管或横向可控硅(lateral thyristor)用于它们的“导通”的缺点。一方面，这导致了在关于被指派给栅极的表面面积的问题，而在另一方面，当在主电极(dV/dt导通)之间施加突变电压变化时，这导致了可能的闩锁问题。

发明内容

因此需要形成双向开关，其中栅极电极参考后表面，其具有尤其简单和小体积(low–bulk)的控制结构，并且该双向开关对因其主电极之间的突变电压变化所致的闩锁几乎不敏感。

本发明的一个实施例提供一种类型的垂直双方向开关，该类型的控制参考后表面，在它的后表面包括第一主电极并且在它的前表面包括第二主电极和栅极电极，该开关由它的栅极和它的第一电极之间的正电压可控，其中该栅极电极被布置在穿过其中形成开关的芯片的过孔前表面上。

根据本发明的一个实施例，双向开关包括在前表面侧上由第二导电性类型的壁所包围的第一导电性类型的半导体衬底；第二导电类型的阱，在该阱的基本上一半中形成第一导电类型的第一区域；从衬底的前表面至后表面的第二导电性类型的过孔，布置在第一区域和壁之间，该过孔在后表面侧上与栅极电极相接触；其中在阱的、未被第一区域占据的部分前面形成第一导电性类型的第二区域的、第二导电性类型的一层；布置在后表面上过孔区域附近的绝缘层。第二导电性类型的层会被阻断，而所述绝缘层布置成当正电压被施加在基极电极和第一主电极之间时，电流流入所述衬底下方的第二导电性类型的层中。

根据本发明的一个实施例，在后表面侧上形成第一导电性类型的第三区域，从而所述电流在夹入区域(pinched region)中流动。

根据本发明的一个实施例，双向开关还包括布置在阱中在前表面侧上并且与栅极电极连接的第一导电性类型的第四区域，从而开关在所有四个象限内可控。

根据本发明的一个实施例，第一导电性类型为N型。

本发明前述以及其它的目的、特征和优势将在下面对特定实施例的非限制性描述和附图中详细论述。

附图说明

图1A是根据本发明的一个实施例的双向开关的简化俯视图；