[发明专利]一种双向导电的功率半导体器件结构

说明书

本发明提供一种双向导电的功率半导体器件结构，通过四个功率二极管的相互连接，实现了使非对称的功率开关器件达成双向耐压及双向导电的目的。与传统的共漏极MOS对管结构对比，不仅能够降低器件总面积，提高集成度，降低成本，还能降低器件总体导通电阻，降低导通功耗。并且，二极管支路的存在，还能再电路两端电压过高、MOSFET出现击穿时提供分流支路，降低MOSFET烧毁的风险。在电池管理系统等需要双向耐压、双向导电的场合有着巨大的应用前景。

技术领域

本发明属于半导体功率器件技术领域，主要涉及一种双向导电的功率半导体器件结构。

背景技术

功率MOS器件作为功率集成电路及功率管理电路的核心功率器件，有着非常广泛的应用，然而，常用功率MOS器件的漏源非对称结构导致的功率MOS器件单向耐压、单向导电的特性限制了功率MOS器件的应用。

在诸如BMS(电池管理系统)等需要双向耐压，双向导电的场合，单个功率MOS器件无法满足需求，传统的解决方案是将两个功率MOS器件漏极短接，串联使用，从而达到双向耐压，双向导电的目的。然而，这种方案一方面需要两个大面积的功率MOS器件，增加了成本，降低了系统集成度；另一方面，两个功率MOS器件串联也极大地增大了电路的导通电阻，增大了电路损耗。

发明内容

本发明针对常用功率MOS器件的漏源非对称结构导致的功率MOS器件单向耐压、单向导电的特性限制了功率MOS器件的应用的问题，提供一种双向导电的功率半导体器件结构。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种双向导电的功率半导体器件结构，包括：

四个参数相同的功率二极管D1、D2、D3、D4以及一个功率MOSFET器件M1，且每个功率二极管反向击穿电压小于功率MOSFET器件M1或与功率MOSFET器件M1相等；功率二极管D1的阳极与功率二极管D4的阴极相连，构成电路的第一个输入/输出端口S1；功率二极管D1的阴极、功率二极管D2的阴极以及功率MOSFET器件M1的漏极三者相连；功率二极管D3的阳极、功率二极管D4的阳极以及功率MOSFET器件M1的源极三者相连；功率二极管D2的阳极与功率二极管D3的阴极相连，构成电路的第二个输入/输出端口S2；功率MOSFET器件M1的栅极构成电路的控制端G。

作为优选方式，四个功率二极管D1、D2、D3、D4是开启电压低于0.7V的低开启电压恒流二极管。

作为优选方式，低开启电压恒流二极管结构包括：第一导电类型衬底01，位于第一导电类型衬底01之上的第二导电类型外延层02，位于第二导电类型外延层02表面的第一导电类型阱区03，位于第一导电类型阱区03中的第一导电类型阴极接触区04和第二导电类型阴极接触区05，位于第二导电类型外延层02和第一导电类型阱区03上表面的第二导电类型沟道注入区06，位于第二导电类型外延层02和第二导电类型沟道注入区06上表面的栅介质层07，位于栅介质层07上方的栅极多晶硅08，覆盖整个恒流二极管元胞表面的阴极金属接触10，位于第一导电类型衬底01下表面的阳极金属接触20。

作为优选方式，四个功率二极管D1、D2、D3、D4是肖特基二极管。

作为优选方式，功率MOSFET器件是VDMOS器件或是LDMOS器件；是N沟道器件或是P沟道器件；是增强型MOSFET或是耗尽型MOSFET。

作为优选方式，功率MOSFET器件替换为IGBT器件。

本发明的有益效果为：本发明提出了一种双向导电的功率半导体器件结构，使用一个普通的单向耐压功率半导体器件和四个功率二极管达成了双向耐压、双向导电的目的，不仅能够降低器件总面积，提高集成度，降低成本，还能降低器件总体导通电阻，降低导通功耗。并且，二极管支路的存在，还能在电路两端电压过高、MOSFET出现击穿时提供分流支路，降低MOSFET烧毁的风险。在电池管理系统等需要双向耐压、双向导电的场合有着巨大的应用前景。