復合器件及開關電源權利要求

1.一種復合器件，其特征在于，該復合器件集成有第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件，該復合器件包括：第一摻雜類型的外延區(qū)，該外延區(qū)作為所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的漏極；并列形成在所述外延區(qū)正面的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)具有第二摻雜類型，該第二摻雜類型與第一摻雜類型相反；第一摻雜類型的第一摻雜區(qū)，形成于所述第一阱區(qū)中，該第一摻雜區(qū)作為所述第一增強型MOS器件的源極；第一增強型MOS器件的柵極，形成于所述外延區(qū)的正面，該第一增強型MOS器件的柵極覆蓋所述第一摻雜區(qū)的至少一部分并延伸至所述第一阱區(qū)以外的外延區(qū)上；第一摻雜類型的第二摻雜區(qū)，形成于所述第二阱區(qū)內，該第二摻雜區(qū)作為所述耗盡型MOS器件的源極；第一摻雜類型的溝道區(qū)，位于所述第二阱區(qū)內，并且該溝道區(qū)從所述第二阱區(qū)的邊界延伸至所述第二摻雜區(qū)的邊界；耗盡型MOS器件的柵極，形成于所述外延層的正面，該耗盡型MOS器件的柵極覆蓋所述溝道區(qū)并延伸至所述第二阱區(qū)以外的外延區(qū)上；其中，所述外延區(qū)與第一電極短路，該第一電極形成于所述外延區(qū)的背面；所述第一阱區(qū)和第一摻雜區(qū)經(jīng)由第二電極短路，所述第二阱區(qū)和第二摻雜區(qū)經(jīng)由第三電極短路，該第二電極和第三電極形成于所述外延區(qū)的正面。

2.根據(jù)權利要求1所述的復合器件，其特征在于，該復合結構還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；形成于所述外延區(qū)正面的第一柵，該第一柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第一阱區(qū)的至少一部分，該第一柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第一阱區(qū)之間的外 延區(qū)；形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)；其中，所述第一柵和所述第一阱區(qū)短路，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。

3.根據(jù)權利要求2所述的復合器件，其特征在于，所述第一柵和所述第一阱區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。

4.根據(jù)權利要求1所述的復合器件，其特征在于，該復合結構還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；介質層，形成于所述外延層的正面，該介質層覆蓋所述浮空阱區(qū)并延伸至所述浮空阱區(qū)以外的外延層上。

5.根據(jù)權利要求1所述的復合器件，其特征在于，該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。

6.根據(jù)權利要求5所述的復合器件，其特征在于，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。

7.根據(jù)權利要求1所述的復合器件，其特征在于，該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述第一阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。

8.根據(jù)權利要求7所述的復合器件，其特征在于，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。

9.根據(jù)權利要求1所述的復合器件，其特征在于，該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：形成于所述外延區(qū)正面的第一柵，該第一柵覆蓋所述第一阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第一柵還覆蓋所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第一柵和所述第一阱區(qū)短路。

10.根據(jù)權利要求9所述的復合器件，其特征在于，所述第一柵和所述第一阱區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路。

11.根據(jù)權利要求2至10中任一項所述的復合器件，其特征在于，所述浮空阱區(qū)與所述第一阱區(qū)、第二阱區(qū)采用同一注入工藝或不同的注入工藝形成。

12.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的復合器件，其特征在于，該復合器件還集成有第二增強型MOS器件，其中，所述外延區(qū)作為所述第二增強型MOS器件的漏極；所述外延區(qū)的正面還形成有第三阱區(qū)，該第三阱區(qū)具有第二摻雜類型，該第三阱區(qū)與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列；所述第三阱區(qū)中形成有第一摻雜類型的第三摻雜區(qū)，該第三摻雜區(qū)作為所述第二增強型MOS器件的源極；第二增強型MOS器件的柵極，形成于所述外延區(qū)的正面，該第二增強型MOS器件的柵極覆蓋所述第三摻雜區(qū)的至少一部分并延伸至所述第三阱區(qū)以外的外延區(qū)上，該第二增強型MOS器件的柵極與所述第一增強型MOS器件的柵極電連接；其中，所述第三阱區(qū)和第三摻雜區(qū)經(jīng)由第四電極短路，該第四電極形成于所述外延區(qū)的正面。

13.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的復合器件，其特征在于，還包括：第二摻雜類型的第一引出區(qū)，形成于所述第一阱區(qū)中，該第一引出區(qū)與所述第一摻雜區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路；第二摻雜類型的第二引出區(qū)，形成于所述第二阱區(qū)中，該第二引出區(qū)與所述第二摻雜區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。

14.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的復合器件，其特征在于，所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件共用同一高壓環(huán)。

15.根據(jù)權利要求1至10中任一項所述的復合器件，其特征在于，所述第一增強型MOS器件的數(shù)量為一個或多個，所述耗盡型MOS器件的數(shù)量為一個或多個。

16.一種開關電源，其特征在于，包括權利要求1至15中任一項所述的復合器件。

17.根據(jù)權利要求16所述的開關電源，其特征在于，包括：開關電源控制裝置，其具有電源供電端、控制端和驅動端；所述復合器件，該復合器件中第一增強型MOS器件的柵極連接至所述開關電源控制裝置的驅動端，該復合器件中耗盡型MOS器件的柵極連接至所述開關電源控制裝置的控制端，該復合器件中耗盡型MOS器件的源極連接至所述開關電源控制裝置的電源供電端。

18.根據(jù)權利要求17所述的開關電源，其特征在于，當所述電源供電端的電壓小于預設的關斷點電壓時，所述開關電源控制裝置控制所述復合器件中的耗盡型MOS器件向所述電源供電端提供啟動電流；當所述電源供電端的電壓上升至大于預設的開啟點電壓時，所述開關電源控制裝置控制所述復合器件中的第一增強型 MOS器件向所述開關電源的主電路提供功率輸出電流，并且控制所述復合器件中的耗盡型MOS器件關斷所述啟動電流。

圖1是2014年4月之前的技術中一種開關電源的電路結構示意圖；

圖2是圖1所示開關電源中的高壓MOS器件的版圖示意圖；

圖3是圖2沿AA’方向的剖面結構示意圖；

圖4是2014年4月之前的技術中一種改進的開關電源的電路結構示意圖；

圖5是2014年4月之前的技術中一種耗盡型MOS器件的剖面結構示意圖；

圖6是該發(fā)明第一實施例的復合器件的剖面結構示意圖；

圖7是該發(fā)明第一實施例的復合器件的版圖示意圖；

圖8是該發(fā)明第一實施例的開關電源的電路結構示意圖；

圖9是該發(fā)明第二實施例的復合器件的剖面結構示意圖；

圖10是該發(fā)明第三實施例的復合器件的剖面結構示意圖；

圖11是該發(fā)明第四實施例的復合器件的剖面結構示意圖；

圖12是該發(fā)明第五實施例的開關電源的電路結構示意圖；

圖13是該發(fā)明第五實施例的復合器件的版圖示意圖；

圖14是圖13沿BB’方向的剖面結構示意圖；

圖15是該發(fā)明第六實施例的復合器件的剖面結構示意圖。

復合器件及開關電源專利目的

該發(fā)明要解決的問題是提供一種復合器件及開關電源，有利于降低工藝復雜度、減小芯片面積和成本，而且可以適用于大功率的應用場景。

復合器件及開關電源技術方案

《復合器件及開關電源》提供了一種復合器件，該復合器件集成有第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件，該復合器件包括：第一摻雜類型的外延區(qū)，該外延區(qū)作為所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的漏極；并列形成在所述外延區(qū)正面的第一阱區(qū)和第二阱區(qū)，所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)具有第二摻雜類型，該第二摻雜類型與第一摻雜類型相反。

第一摻雜類型的第一摻雜區(qū)，形成于所述第一阱區(qū)中，該第一摻雜區(qū)作為所述第一增強型MOS器件的源極；第一增強型MOS器件的柵極，形成于所述外延區(qū)的正面，該第一增強型MOS器件的柵極覆蓋所述第一摻雜區(qū)的至少一部分并延伸至所述第一阱區(qū)以外的外延區(qū)上；第一摻雜類型的第二摻雜區(qū)，形成于所述第二阱區(qū)內，該第二摻雜區(qū)作為所述耗盡型MOS器件的源極；第一摻雜類型的溝道區(qū)，位于所述第二阱區(qū)內，并且該溝道區(qū)從所述第二阱區(qū)的邊界延伸至所述第二摻雜區(qū)的邊界；耗盡型MOS器件的柵極，形成于所述外延層的正面，該耗盡型MOS器件的柵極覆蓋所述溝道區(qū)并延伸至所述第二阱區(qū)以外的外延區(qū)上。其中，所述外延區(qū)與第一電極短路，該第一電極形成于所述外延區(qū)的背面；所述第一阱區(qū)和第一摻雜區(qū)經(jīng)由第二電極短路，所述第二阱區(qū)和第二摻雜區(qū)經(jīng)由第三電極短路，該第二電極和第三電極形成于所述外延區(qū)的正面。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合結構還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；形成于所述外延區(qū)正面的第一柵，該第一柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第一阱區(qū)的至少一部分，該第一柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第一阱區(qū)之間的外延區(qū)；形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)；其中，所述第一柵和所述第一阱區(qū)短路，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第一柵和所述第一阱區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合結構還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；介質層，形成于所述外延層的正面，該介質層覆蓋所述浮空阱區(qū)并延伸至所述浮空阱區(qū)以外的外延層上。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：第二摻雜類型的浮空阱區(qū)，與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列形成于所述外延區(qū)的正面，并且所述浮空阱區(qū)位于所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間；形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述浮空阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述浮空阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：形成于所述外延區(qū)正面的第二柵，該第二柵覆蓋所述第一阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第二柵還覆蓋所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第二柵和所述第二阱區(qū)短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第二柵和所述第二阱區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。

該復合器件還包括用于隔離所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的隔離結構，該隔離結構包括：形成于所述外延區(qū)正面的第一柵，該第一柵覆蓋所述第一阱區(qū)的至少一部分和所述第二阱區(qū)的至少一部分，該第一柵還覆蓋所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，所述第一柵和所述第一阱區(qū)短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第一柵和所述第一阱區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述浮空阱區(qū)與所述第一阱區(qū)、第二阱區(qū)采用同一注入工藝或不同的注入工藝形成。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合器件還集成有第二增強型MOS器件，其中，所述外延區(qū)作為所述第二增強型MOS器件的漏極；所述外延區(qū)的正面還形成有第三阱區(qū)，該第三阱區(qū)具有第二摻雜類型，該第三阱區(qū)與所述第一阱區(qū)和第二阱區(qū)并列；所述第三阱區(qū)中形成有第一摻雜類型的第三摻雜區(qū)，該第三摻雜區(qū)作為所述第二增強型MOS器件的源極；第二增強型MOS器件的柵極，形成于所述外延區(qū)的正面，該第二增強型MOS器件的柵極覆蓋所述第三摻雜區(qū)的至少一部分并延伸至所述第三阱區(qū)以外的外延區(qū)上，該第二增強型MOS器件的柵極與所述第一增強型MOS器件的柵極電連接；其中，所述第三阱區(qū)和第三摻雜區(qū)經(jīng)由第四電極短路，該第四電極形成于所述外延區(qū)的正面。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該復合器件還包括：第二摻雜類型的第一引出區(qū)，形成于所述第一阱區(qū)中，該第一引出區(qū)與所述第一摻雜區(qū)經(jīng)由所述第二電極短路；第二摻雜類型的第二引出區(qū)，形成于所述第二阱區(qū)中，該第二引出區(qū)與所述第二摻雜區(qū)經(jīng)由所述第三電極短路。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件共用同一高壓環(huán)。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，所述第一增強型MOS器件的數(shù)量為一個或多個，所述耗盡型MOS器件的數(shù)量為一個或多個。

該發(fā)明還提供了一種開關電源，包括上述任一項所述的復合器件。根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，該開關電源包括：開關電源控制裝置，其具有電源供電端、控制端和驅動端；所述復合器件，該復合器件中第一增強型MOS器件的柵極連接至所述開關電源控制裝置的驅動端，該復合器件中耗盡型MOS器件的柵極連接至所述開關電源控制裝置的控制端，該復合器件中耗盡型MOS器件的源極連接至所述開關電源控制裝置的電源供電端。

根據(jù)該發(fā)明的一個實施例，當所述電源供電端的電壓小于預設的關斷點電壓時，所述開關電源控制裝置控制所述復合器件中的耗盡型MOS器件向所述電源供電端提供啟動電流；當所述電源供電端的電壓上升至大于預設的開啟點電壓時，所述開關電源控制裝置控制所述復合器件中的第一增強型MOS器件向所述開關電源的主電路提供功率輸出電流，并且控制所述復合器件中的耗盡型MOS器件關斷所述啟動電流。

復合器件及開關電源改善效果

與2014年4月之前的技術相比，《復合器件及開關電源》具有以下優(yōu)點：

該發(fā)明實施例的復合器件將增強型MOS器件和耗盡型MOS器件集成在一起，具體而言，將傳統(tǒng)增強型MOS器件中的部分區(qū)域隔離出來，在隔離區(qū)域內的阱區(qū)表面增設反型的溝道區(qū)，從而使得增強型MOS器件和耗盡型MOS器件形成在同一外延區(qū)內。該發(fā)明實施例的復合器件無需復雜的高壓BCD工藝，常規(guī)的功率MOS工藝即可完成，有利于降低工藝復雜度和成本；而且該技術方案沒有明顯的功耗限制，可以適用于大功率的應用場景。

進一步而言，該發(fā)明實施例的復合器件還集成有隔離結構，該隔離結構用于隔離增強型MOS器件和耗盡型MOS器件，可以大大提高相鄰的增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的阱區(qū)之間的耐壓，以滿足開關電源的需要。

參考圖1，圖1示出了2014年4月之前技術中的一種開關電源100，可以適用于AC-DC和LED驅動，該開關電源100包括：開關電源控制裝置101、電阻R1和功率MOS器件102。仍然參考圖1，開關電源100在高壓啟動時，高壓端HV通過電阻R1給開關電源控制裝置101的供電端VCC提供啟動電流，完成開關電源100的高壓啟動；在高壓啟動后，高壓端HV又通過電阻R1給開關電源控制裝置101的供電端VCC供電；在工作時，開關電源控制裝置101的驅動端DRV驅動高壓器件102的柵極G，完成功率器件102的源極S或者高壓端HV的功率驅動輸出。

參考圖2，圖2示出了圖1中的開關電源100內的功率器件102的版圖201的示意圖，該功率器件102為高壓MOS器件。結合圖1和圖2在高壓MOS器件102的版圖201上，正面有柵極G的壓點和源極S的壓點，背面有漏極D的壓點，這三個壓點可以完成高壓MOS器件102的功率驅動輸出功能。

參考圖3，圖3示出了圖2沿AA’方向的縱向剖面的示意圖。如圖3所示，以N型器件為例，該高壓MOS器件包括：MOS管的N型外延區(qū)306，外延區(qū)306由電極301引出，形成MOS管的漏極；MOS管的P阱302；MOS管的N型摻雜區(qū)305；MOS管的P型摻雜區(qū)309，P阱302、P型摻雜區(qū)309以及N型摻雜區(qū)305通過電極303短路，形成MOS管的源極；MOS管的柵極304。從器件的整體結構而言，上述P阱302、N型摻雜區(qū)305、P型摻雜區(qū)309以及柵極304等都形成于元胞部分308，元胞部分308是器件的電流導通區(qū)域，元胞部分308為有源區(qū)，該功率器件可以由眾多元胞部分308重復形成；在元胞部分308的邊緣以外具有高壓環(huán)307，高壓環(huán)307可以包括多個P型摻雜310，該高壓環(huán)307可以對應于圖2所示的區(qū)域207。以上器件的內部結構以及工作原理為公知技術，不再詳細描述。

結合圖1和圖3，電極301連接至開關電源100的高壓端HV，柵極304連接到開關電源100的驅動端DRV。當柵極304上施加的電壓高于閾值電壓時，P阱302的表面反型形成溝道，使得MOS管的源極和漏極導通，以進行功率輸出。圖1所示的方案通過電阻R1來完成開關電源100的高壓啟動和給開關電源控制裝置101的供電端VCC供電，由于流過電阻R1的電流一直存在，所以存在啟動時間和待機功耗的矛盾，即：如果電阻R1的電阻值小，則在高壓啟動時，高壓端HV通過電阻R1給供電端VCC提供的電流大，那么開關電源100的啟動時間短，但在高壓啟動后，由于流過電阻R1的電流大，則開關電源100的待機功耗高；如果電阻R1的電阻值大，則在高壓啟動時，高壓端HV通過電阻R1給供電端VCC提供的電流小，那么開關電源100的啟動時間長，而在高壓啟動后，由于流過電阻R1的電流小，則開關電源100的待機功耗低。

為了兼顧啟動時間和待機功耗，在實際應用中電阻R1一般選在MΩ級，但即使這樣，在高壓端HV的電壓值為220VAC時，電阻R1的功耗也達到十幾毫瓦至上百毫瓦。由上，2014年4月之前技術中的開關電源100通過電阻R1來完成開關電源100的高壓啟動和給開關電源控制裝置101的供電端VCC供電，無法確保既能減少啟動時間，又能降低待機功耗。

針對上述問題，2014年4月之前的技術中提出了一種增加耗盡型器件啟動的技術方案，如圖4所示。在2014年4月之前的開關電源的基礎上，圖4所示開關電源400增加了高壓啟動器件403以加快開關電源400的高壓啟動過程，該高壓啟動器件403為耗盡型MOS管；高壓啟動后關閉該高壓啟動器件403以降低開關電源400的待機功耗，從而提高開關電源400的效率。

2014年4月之前的技術中，高壓啟動器件403作為單獨的器件來使用，主要起到高壓信號處理和控制的作用。由于高壓啟動器件403是一個單獨器件，因此開關電源400需要一個額外的元器件，從而增加了系統(tǒng)的復雜程度和成本。

針對上述問題，中國專利申請CN201210492874.4提出了一種合成的器件結構，把低壓部分的開關電源控制部分和高壓HVMOS部分以及JFET合成在一起，采用高壓BCD的工藝進行實現(xiàn)。但是，該技術方案需要采用高壓BCD工藝實現(xiàn)，使得整個芯片的工藝復雜，成本昂貴；而且由于高壓BCD工藝中HVMOS器件的功耗限制，使得該技術方案無法適用于大功率的應用場景。

2014年4月之前的技術中的增強型MOS器件如圖3所示，已有技術中的一種耗盡型MOS器件如圖5所示，包括元胞部分508以及位于元胞部分508外圍的高壓環(huán)507，其中元胞部分508為有源區(qū)。進一步而言，以N型器件為例，該耗盡型MOS器件包括：N型摻雜的外延區(qū)506，該外延區(qū)506與電極501短路，形成耗盡型MOS器件的漏極；P型阱區(qū)502；N型摻雜區(qū)505，形成在P型阱區(qū)502中；P型摻雜區(qū)509，形成在P型阱區(qū)502中，P型摻雜區(qū)509、N型摻雜區(qū)505和P型阱區(qū)502通過電極503短路，形成耗盡型MOS器件的源極；柵極504，位于外延區(qū)506上；N型溝道區(qū)513，位于N型摻雜區(qū)505和P型阱區(qū)502之間，形成在P型阱區(qū)502的表面。當柵極電壓為零伏時，由于N型溝道區(qū)513的存在，形成導電溝道，當漏極和源極存在電壓差時，漏極和源極之間形成電流，該電流流出溝道，使得器件導通；當柵極電壓為負值，該柵極電壓比耗盡型MOS器件的閾值電壓更加低的時候，N型溝道區(qū)513被反型，溝道截止，使得器件關斷。當器件關斷時，漏極施加高壓時，元胞部分508內的P型阱區(qū)502的耗盡層相互連接，可以實現(xiàn)高耐壓。在元胞部分508的邊緣，由于P型阱區(qū)502曲率變小，需要由高壓環(huán)507拓展耗盡層以承擔漏極施加的電壓，使器件具有高的反向擊穿電壓和良好的可靠性，該高壓環(huán)507可以包括多個P型摻雜區(qū)510。

由圖3和圖5可以看出，增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的結構大部分相同，主要的區(qū)別在于耗盡型MOS器件中增加了溝道區(qū)513。該發(fā)明實施例在增強型MOS器件中隔離出部分柵極區(qū)域和源極區(qū)域，在隔離出來的區(qū)域內的P型阱區(qū)表面增加反型的溝道區(qū)，使得增強型MOS器件和耗盡型MOS器件可以形成在同一外延區(qū)內，從而集成在同一復合器件中。

第一實施例

參考圖6，該復合器件包括第一增強型MOS器件的元胞部分608和耗盡型MOS器件的元胞部分608’，二者都是有源區(qū)。以N型器件為例，該復合器件可以包括：N型摻雜的外延區(qū)606，該外延區(qū)606的背面具有第一電極601，外延區(qū)606和第一電極601短路，形成第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的漏極；P型摻雜的第一阱區(qū)602和第二阱區(qū)602’，形成在外延區(qū)606的正面；N型摻雜的第一摻雜區(qū)605，形成在第一阱區(qū)602內；N型摻雜的第二摻雜區(qū)605’，形成在第二阱區(qū)602’內；N型摻雜的溝道區(qū)613，位于第二阱區(qū)602’內，該溝道區(qū)613從第二阱區(qū)602’的邊界延伸至第二摻雜區(qū)605’的邊界；第一增強型MOS器件的柵極604，形成于外延區(qū)606的正面，該第一增強型MOS器件的柵極604覆蓋第一摻雜區(qū)605的至少一部分并延伸至第一阱區(qū)602以外的外延區(qū)606上；耗盡型MOS器件的柵極604’，形成于外延層606的正面，該耗盡型MOS器件的柵極604’覆蓋溝道區(qū)613并延伸至第二阱區(qū)602’以外的外延區(qū)606上；P型摻雜的第一引出區(qū)609，與第一摻雜區(qū)605并列形成于第一阱區(qū)602內；P型摻雜的第二引出區(qū)609’，與第二摻雜區(qū)605’并列形成于第二阱區(qū)602’內。

其中，第一阱區(qū)602、第一引出區(qū)609以及第一摻雜區(qū)605經(jīng)由第二電極603短路，形成第一增強型MOS器件的源極；第二阱區(qū)602’、第二引出區(qū)609’以及第二摻雜區(qū)605’經(jīng)由第三電極603’短路，形成耗盡型MOS器件的源極。作為一個非限制性的實例，第一增強型MOS器件的柵極604和耗盡型MOS器件的柵極604’可以包括柵介質層以及位于該柵介質層上的柵電極，該柵電極例如可以是多晶硅柵電極。作為一個優(yōu)選的實施例，該復合器件中還集成有隔離結構610以隔離第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件。該隔離結構610可以位于第一增強型MOS器件的元胞部分608和耗盡型MOS器件的元胞部分608’之間。

仍然以N型器件為例，該隔離結構610可以包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)615，該浮空阱區(qū)615與第一阱區(qū)602、第二阱區(qū)602’并列形成在外延區(qū)606的正面，該浮空阱區(qū)615位于第一阱區(qū)602和第二阱區(qū)602’之間；形成于外延區(qū)606正面的第一柵614，該第一柵614覆蓋浮空阱區(qū)615的至少一部分和第一阱區(qū)602的至少一部分，該第一柵614還覆蓋浮空阱區(qū)615和第一阱區(qū)602之間的外延區(qū)606；形成于外延區(qū)606正面的第二柵616，該第二柵616覆蓋浮空阱區(qū)615的至少一部分和第二阱區(qū)602’的至少一部分，該第二柵616還覆蓋浮空阱區(qū)615和第二阱區(qū)602’之間的外延區(qū)606。該第一柵614和第一阱區(qū)602短路，例如可以通過第二電極603短路，但并不限于此；第二柵616和第二阱區(qū)602’短路，例如可以通過第三電極603’短路，但并不限于此。

其中，該浮空阱區(qū)615可以和第一阱區(qū)602、第二阱區(qū)602’通過同一注入工藝形成。該第一柵614和第二柵616可以包括柵介質層以及位于該柵介質層上的柵電極，該柵電極例如可以是多晶硅柵電極。當該復合器件工作時，要求第一增強型MOS器件的柵極604和耗盡型MOS器件的柵極604’相互獨立，兩者的隔離耐壓由柵介質層的耐壓決定，可以達到40伏以上；增強型MOS器件的源極和耗盡型MOS器件的源極相互獨立，由于浮空阱區(qū)615的存在，使得相鄰的第一增強型MOS器件的P型阱區(qū)602和耗盡型MOS器件的P型阱區(qū)602’之間的隔離耐壓大大提高，可以達到40伏以上，隔離耐壓完全可以滿足開關電源控制系統(tǒng)的需要。

當復合器件關斷時，第一增強型MOS器件的P型阱區(qū)602、耗盡型MOS器件的阱區(qū)602’和隔離結構610中的浮空阱區(qū)615的耗盡層相互連接，耗盡層相互連接的效果等同于第一增強型MOS器件或者耗盡型MOS器件在關斷時的P型阱區(qū)耗盡層相互連接的效果，可以承受高耐壓。

參考圖7，圖7示出了第一實施例的復合器件的版圖701，圖6是圖7沿BB’方向的剖面圖。該版圖701的正面具有第一增強型MOS器件的源極S和漏極G的壓點以及耗盡型MOS器件的源極S’和柵極G’的壓點。該版圖701的背面具有第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的漏極。圖7中區(qū)域708’是耗盡型MOS器件的有源區(qū)或者說元胞部分。該第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件位于高壓環(huán)707內，該高壓環(huán)707的結構可以和圖3所示增強型MOS器件或者圖5所示耗盡型MOS器件的高壓環(huán)結構相同。

通常，耗盡型MOS器件的電流較小，因此耗盡型MOS器件的有源區(qū)708’的面積相對較小。但是，并不能以耗盡型MOS器件的有源區(qū)面積和增強型MOS器件的有源區(qū)面積來限制該申請的保護范圍，根據(jù)實際應用的需求，如果需要耗盡型MOS器件的電流較大時，同樣可以擴大有源區(qū)708’的面積，以滿足實際應用的需求。

由上，采用第一實施例的方案，可以將兩顆分別獨立的增強型MOS器件和耗盡型MOS器件合成在一起，集成在同一復合器件中。由于在高壓器件中高壓環(huán)需要比較大的面積，而該實施例中兩個器件可以共用高壓環(huán)，可以至少節(jié)省一個器件的高壓環(huán)，有利于減少芯片面積以及提高芯片的集成度。另外，由于復合器件的工藝加工流程和增強型MOS器件基本相同，只增加了反型的溝道區(qū)；該復合器件的工藝流程和耗盡型MOS完全相同，從而降低了芯片的加工復雜程度和成本。

參考圖8，圖8示出了第一實施例的開關電源的電路結構，包括復合器件800以及開關電源控制裝置801，該復合器件800是圖6和圖7所示的復合器件。該復合器件800包括增強型MOS器件804和耗盡型MOS器件803。

進一步而言，增強型MOS器件804的漏極D連接到開關電源的高壓端HV，增強型MOS器件804的柵極G連接到開關電源控制裝置801的驅動端DRV；耗盡型MOS器件803的漏極D’同樣連接到高壓端HV，耗盡型MOS器件803的柵極G’和源極S’分別連接到開關電源控制裝置801的控制端CTL和電源供電端VCC。

當電源供電端VCC的電壓小于預設的關斷點電壓時，開關電源控制裝置801通過控制端CTL控制復合器件800中的耗盡型MOS器件803向電源供電端VCC提供啟動電流，該啟動電流給電源供電端VCC充電；當電源供電端VCC的電壓上升至大于預設的開啟點電壓時，開關電源控制裝置801通過驅動端DRV控制復合器件800中的第一增強型MOS器件804向開關電源的主電路提供功率輸出電流，并且通過控制端CTL控制復合器件800中的耗盡型MOS器件803關斷該啟動電流。

更加具體而言，當系統(tǒng)啟動時，由于此時開關電源控制裝置的電源供電端VCC端沒有供電，因此為零電位或近似于零電位，控制端CTL和驅動端DRV的輸出信號均為零電位；耗盡型MOS器件803的柵極G’為零電位，因此耗盡型MOS器件803導通，電流從高壓端HV流向電源供電端VCC，開始向電源供電端VCC供電，此時耗盡型MOS器件803的柵極G’和源極S’的電壓跟隨電源供電端VCC同時上升；當電源供電端VCC的電壓升高到工作電壓（例如，通常大于12伏），耗盡型MOS器件803完成了高壓啟動過程，此時耗盡型MOS器件803的源極S’和柵極G’也同時達到了一相對較高的高電平，開關電源控制裝置801通過控制端CTL將耗盡型MOS器件803的柵極G’置為零電位，從而在耗盡型MOS器件803的柵極G’和源極S’之間產生比閾值電壓更低的電壓，從而關斷耗盡型MOS器件803。耗盡型MOS器件803關斷以后，開關電源控制裝置801開始正常工作，通過驅動端DRV驅動增強型MOS器件804的柵極G（例如，通常是10～15V），完成增強型MOS器件804的源極S或者高壓端HV的功率驅動輸出。當電源供電端VCC的電壓由于功率消耗而下降到一定電壓后，驅動端DRV將輸出低電平，關斷增強型MOS器件804；之后，控制端CTL將耗盡型MOS器件803的柵極G’置為高電平，耗盡型MOS器件803導通，重新開始高壓啟動過程。

由上，在工作過程中，增強型MOS器件804和耗盡型MOS器件803的源極S和源極S’以及柵極G和柵極G’之間會存在電壓差別。這就要求復合器件的兩個源極和兩個柵極之間要有一定的隔離耐壓，否者會導致系統(tǒng)無法正常工作，關于隔離耐壓的手段，先前內容已經(jīng)做過描述，這里不再贅述。

第二實施例

參考圖9，圖9示出了第二實施例的復合器件的剖面結構，包括第一增強型MOS器件的元胞部分908和耗盡型MOS器件的元胞部分908’，二者都是有源區(qū)。第二實施例的復合器件的結構與第一實施例基本相同，也包括外延區(qū)906、第一電極901、第一阱區(qū)902、第一摻雜區(qū)905、第一引出區(qū)909、第二阱區(qū)902’、第二摻雜區(qū)905’、第二引出區(qū)909’、第一增強型MOS器件的柵極904、耗盡型MOS器件的柵極904’，第二電極903、第三電極903’以及隔離結構910，該隔離結構910包括浮空阱區(qū)915、第一柵914和第二柵916。

第二實施例與第一實施例的主要區(qū)別在于：浮空阱區(qū)915與第一阱區(qū)902、第二阱區(qū)902’是通過不同的注入工藝形成的，也就是可以采用多步不同的注入工藝分別形成浮空阱區(qū)915與第一阱區(qū)902、第二阱區(qū)902’。例如，浮空阱區(qū)915可以通過形成分壓環(huán)的注入工藝或者其他濃度的摻雜注入工藝來形成。

第三實施例

參考圖10，圖10示出了第三實施例的復合器件的剖面結構，包括第一增強型MOS器件的元胞部分1008和耗盡型MOS器件的元胞部分1008’，二者都是有源區(qū)。第三實施例的復合器件的結構與第一實施例基本相同，也包括外延區(qū)1006、第一電極1001、第一阱區(qū)1002、第一摻雜區(qū)1005、第一引出區(qū)1009、第二阱區(qū)1002’、第二摻雜區(qū)1005’、第二引出區(qū)1009’、第一增強型MOS器件的柵極1004、耗盡型MOS器件的柵極1004’，第二電極1003、第三電極1003’以及隔離結構1010，

第三實施例與第一實施例的主要區(qū)別在于隔離結構1010的具體結構不同。第三實施例的隔離結構1010包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)1015，與第一阱區(qū)1002和第二阱區(qū)1002’并列形成于外延區(qū)1006的正面，并且浮空阱區(qū)1015位于第一阱區(qū)1002和第二阱區(qū)1002’之間；介質層1014，形成于外延層1006的正面，該介質層1014覆蓋浮空阱區(qū)1015并延伸至浮空阱區(qū)1015以外的外延層1006上。該介質層1014例如可以是厚度較厚的氧化層。

與第一實施例或者第二實施例類似地，浮空阱區(qū)1015和第一阱區(qū)1002、第二阱區(qū)1002’可以采用同一注入工藝或者不同的注入工藝來形成。例如，該浮空阱區(qū)1015可以由形成分壓環(huán)的摻雜注入工藝或者其他濃度的摻雜注入工藝形成。

第四實施例

參考圖11，圖11示出了第四實施例的復合器件的剖面結構，包括第一增強型MOS器件的元胞部分1108和耗盡型MOS器件的元胞部分1108’，二者都是有源區(qū)。第四實施例的復合器件的結構與第一實施例基本相同，也包括外延區(qū)1106、第一電極1101、第一阱區(qū)1102、第一摻雜區(qū)1105、第一引出區(qū)1109、第二阱區(qū)1102’、第二摻雜區(qū)1105’、第二引出區(qū)1109’、第一增強型MOS器件的柵極1104、耗盡型MOS器件的柵極1104’，第二電極1103、第三電極1103’以及隔離結構1110。

第四實施例與第一實施例的主要區(qū)別在于隔離結構1110的內部結構不同。該隔離結構1110包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)1115，與第一阱區(qū)1102和第二阱區(qū)1102’并列形成于外延區(qū)1106的正面，并且浮空阱區(qū)1115位于第一阱區(qū)1102和第二阱區(qū)1102’之間；形成于外延區(qū)1106正面的第二柵1116，該第二柵1116覆蓋浮空阱區(qū)1115的至少一部分和第二阱區(qū)1102’的至少一部分，該第二柵1116還覆蓋浮空阱區(qū)1115和第二阱區(qū)1102’之間的外延區(qū)1106，第二柵1116和第二阱區(qū)1102’短路，例如經(jīng)由第三電極1103’短路。

與第三實施例類似地，浮空阱區(qū)1115和第一阱區(qū)1102、第二阱區(qū)1102’可以采用同一注入工藝或者不同的注入工藝來形成。例如，該浮空阱區(qū)1115可以由形成分壓環(huán)的摻雜注入工藝或者其他濃度的摻雜注入工藝形成。

需要說明的是，以上第二、第三和第四實施例相對于第一實施例的變化可以組合，其組合結果也屬于該申請的保護范圍。

第五實施例

該發(fā)明的復合器件集成的器件不限于一個增強型MOS器件和一個耗盡型MOS器件，可以擴展至三個或者更多個器件。

第五實施例的復合器件中除第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件外，還集成有第二增強型MOS器件。仍然參考圖6，仍以N型器件為例，增加第二增強型MOS器件后，該外延區(qū)606可以作為第二增強型MOS器件的漏極，該外延區(qū)606的正面可以形成有P型摻雜的第三阱區(qū)，該P型摻雜的第三阱區(qū)中可以形成有N型摻雜的第三摻雜區(qū)，該第三摻雜區(qū)作為第二增強型MOS器件的源極。該第二增強型MOS器件也具有柵極，位于外延區(qū)606的正面，該柵極覆蓋第三摻雜區(qū)的至少一部分并延伸至第三阱區(qū)以外的外延區(qū)606上，該第二增強型MOS器件的柵極與第一增強型MOS器件的柵極604電連接。此外，該第三阱區(qū)和第三摻雜區(qū)可以經(jīng)由第四電極短路，該第四電極形成在外延區(qū)606的正面。

參考圖12，圖12示出了第五實施例的開關電源的電路結構，包括復合器件1200以及開關電源控制裝置1201，該復合器件1200集成有增強型MOS器件1204、增強型MOS器件1205和耗盡型MOS器件1203。

進一步而言，增強型MOS器件1204和增強型MOS器件1205的漏極D短路，連接到高壓端HV；增強型MOS器件1204和增強型MOS器件1205的柵極G短路，連接到開關電源控制裝置1201的驅動端DRV；耗盡型MOS器件1203的漏極D’同樣連接到高壓端HV，耗盡型MOS器件1203的柵極G’和源極S’分別連接到開關電源控制裝置1201的控制端CTL和電源供電端VCC。

其中增強型MOS器件1204和耗盡型MOS器件1203的工作原理與圖8中的增強型MOS器件804以及耗盡型MOS器件803相同，這里不再贅述。

增強型MOS器件1205和增強型MOS器件1204的柵極G和漏極D分別短路在一起，驅動端DRV可以同時驅動這兩個器件。在這兩個器件導通時，兩個器件的電流分別通過源極Ｓ和S’’流出。由于MOS器件的電流大小和器件有源區(qū)的面積成正比，因此，可以將增強型MOS器件1205與增強型MOS器件1204的有源區(qū)面積比例設定為1：Ｎ（例如，N可以是正整數(shù)），這樣通過增強型MOS器件1205就可以得到增強型MOS器件1204的電流的1/N。在系統(tǒng)應用中可以利用上述電流做電流采樣設計。

圖13示出了圖12所示的復合器件1200的版圖1301，該版圖1301的正面具有增強型MOS器件1205和增強型MOS器件1204的柵極G；正面還具有增強型MOS器件1204的源極S、增強型MOS器件1205的源極S’’；正面還具有耗盡型MOS器件1203的源極S’和柵極G’。復合器件的漏極在版圖1301的背面。區(qū)域1308’是耗盡型MOS器件1203的有源區(qū)；區(qū)域1308”是增強型MOS器件1205的有源區(qū)，區(qū)域1308是增強型MOS管1204的有源區(qū)。

參考圖14，圖14示出了圖13沿BB’方向的縱向剖面的示意圖。

該復合器件包括第一增強型MOS器件的元胞部分1408、耗盡型MOS器件的元胞部分1408’和第二增強型MOS器件的元胞部分1408”，三者都是有源區(qū)。以N型器件為例，該復合器件可以包括：N型摻雜的外延區(qū)1406，該外延區(qū)1406的背面具有第一電極1401，外延區(qū)1406和第一電極1401短路，形成第一增強型MOS器件、耗盡型MOS器件和第二增強型MOS器件的漏極；P型摻雜的第一阱區(qū)1402、第二阱區(qū)1402’和第三阱區(qū)1402”，形成在外延區(qū)1406的正面；N型摻雜的第一摻雜區(qū)1405，形成在第一阱區(qū)1402內；N型摻雜的第二摻雜區(qū)1405’，形成在第二阱區(qū)1402’內；N型摻雜的第三摻雜區(qū)1405”，形成在第三阱區(qū)1402”內；N型摻雜的溝道區(qū)1413，位于第二阱區(qū)1402’內，該溝道區(qū)1413從第二阱區(qū)1402’的邊界延伸至第二摻雜區(qū)1405’的邊界；第一增強型MOS器件的柵極1404，形成于外延區(qū)1406的正面，該第一增強型MOS器件的柵極1404覆蓋第一摻雜區(qū)1405的至少一部分并延伸至第一阱區(qū)1402以外的外延區(qū)1406上；耗盡型MOS器件的柵極1404’，形成于外延層1406的正面，該耗盡型MOS器件的柵極1404’覆蓋溝道區(qū)1413并延伸至第二阱區(qū)1402’以外的外延區(qū)1406上；第二增強型MOS器件的柵極1404”，形成于外延區(qū)1406的正面，該第二增強型MOS器件的柵極1404”覆蓋第三摻雜區(qū)1405”的至少一部分并延伸至第三阱區(qū)1402”以外的外延區(qū)1406上；P型摻雜的第一引出區(qū)1409，與第一摻雜區(qū)1405并列形成于第一阱區(qū)1402內；P型摻雜的第二引出區(qū)1409’，與第二摻雜區(qū)1405’并列形成于第二阱區(qū)1402’內；P型摻雜的第三引出區(qū)1409”，與第三摻雜區(qū)1405”并列形成于第三阱區(qū)1402”內。

其中，第一阱區(qū)1402、第一引出區(qū)1409以及第一摻雜區(qū)1405經(jīng)由第二電極1403短路，形成第一增強型MOS器件的源極；第二阱區(qū)1402’、第二引出區(qū)1409’以及第二摻雜區(qū)1405’經(jīng)由第三電極1403’短路，形成耗盡型MOS器件的源極；第三阱區(qū)1402”、第三引出區(qū)1409”以及第三摻雜區(qū)1405”經(jīng)由第四電極1403”短路，形成第二增強型MOS器件的源極。

第一增強型MOS器件的柵極1404、耗盡型MOS器件的柵極1404’和第二增強型MOS器件的柵極1404”可以包括柵介質層以及位于該柵介質層上的柵電極，該柵電極例如可以是多晶硅柵電極。

該復合器件中還可以集成有隔離結構1410以隔離第一增強型MOS器件和耗盡型MOS器件，該隔離結構1410可以位于第一增強型MOS器件的元胞部分1408以及耗盡型MOS器件的元胞部分1408’之間。進一步而言，該隔離結構1410可以包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)1415，該浮空阱區(qū)1415與第一阱區(qū)1402、第二阱區(qū)1402’并列形成在外延區(qū)1406的正面，該浮空阱區(qū)1415位于第一阱區(qū)1402和第二阱區(qū)1402’之間；形成于外延區(qū)1406正面的第一柵1414，該第一柵1414覆蓋浮空阱區(qū)1415的至少一部分和第一阱區(qū)1402的至少一部分，該第一柵1414還覆蓋浮空阱區(qū)1415和第一阱區(qū)1402之間的外延區(qū)1406；形成于外延區(qū)1406正面的第二柵1416，該第二柵1416覆蓋浮空阱區(qū)1415的至少一部分和第二阱區(qū)1402’的至少一部分，該第二柵1416還覆蓋浮空阱區(qū)1415和第二阱區(qū)1402’之間的外延區(qū)1406。該第一柵1414和第一阱區(qū)1402短路，例如可以通過第二電極1403短路，但并不限于此；第二柵1416和第二阱區(qū)1402’短路，例如可以通過第三電極1403’短路，但并不限于此。

該復合器件中還可以集成有隔離結構1410’以隔離耗盡型MOS器件和第二增強型MOS器件。該隔離結構1410’可以位于第二增強型MOS器件的元胞部分1408”以及耗盡型MOS器件的元胞部分1408’之間。該隔離結構1410’可以包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)1415’，該浮空阱區(qū)1415’與第三阱區(qū)1402”、第二阱區(qū)1402’并列形成在外延區(qū)1406的正面，該浮空阱區(qū)1415’位于第三阱區(qū)1402”和第二阱區(qū)1402’之間；形成于外延區(qū)1406正面的第三柵1414’，該第三柵1414’覆蓋浮空阱區(qū)1415’的至少一部分和第三阱區(qū)1402”的至少一部分，該第三柵1414’還覆蓋浮空阱區(qū)1415’和第三阱區(qū)1402”之間的外延區(qū)1406；形成于外延區(qū)1406正面的第四柵1416’，該第四柵1416’覆蓋浮空阱區(qū)1415’的至少一部分和第二阱區(qū)1402’的至少一部分，該第四柵1416’還覆蓋浮空阱區(qū)1415’和第二阱區(qū)1402’之間的外延區(qū)1406。該第三柵1414’和第三阱區(qū)1402”短路，例如可以通過第四電極1403”短路，但并不限于此；第四柵1416’和第二阱區(qū)1402’短路，例如可以通過第三電極1403’短路，但并不限于此。

該復合器件中還可以集成有隔離結構1410”以隔離第一增強型MOS器件和第二增強型MOS器件。該隔離結構1410”可以位于第二增強型MOS器件的元胞部分1408”以及第一增強型MOS器件的元胞部分1408之間。該隔離結構1410”可以包括：P型摻雜的浮空阱區(qū)1415”，該浮空阱區(qū)1415”與第三阱區(qū)1402”、第一阱區(qū)1402并列形成在外延區(qū)1406的正面，該浮空阱區(qū)1415”位于第三阱區(qū)1402”和第一阱區(qū)1402之間；形成于外延區(qū)1406正面的第五柵1414”，該第五柵1414”覆蓋浮空阱區(qū)1415”的至少一部分和第三阱區(qū)1402”的至少一部分，該第五柵1414”還覆蓋浮空阱區(qū)1415”和第三阱區(qū)1402”之間的外延區(qū)1406；形成于外延區(qū)1406正面的第六柵1416”，該第六柵1416”覆蓋浮空阱區(qū)1415”的至少一部分和第一阱區(qū)1402的至少一部分，該第六柵1416”還覆蓋浮空阱區(qū)1415”和第一阱區(qū)1402之間的外延區(qū)1406。該第五柵1414”和第三阱區(qū)1402”短路，例如可以通過第四電極1403”短路，但并不限于此；第六柵1416”和第一阱區(qū)1402短路，例如可以通過第二電極1403短路，但并不限于此。

其中，該浮空阱區(qū)1415、浮空阱區(qū)1415’以及浮空阱區(qū)1415’’可以和第一阱區(qū)1402、第二阱區(qū)1402’和第三阱區(qū)1402”通過同一注入工藝形成。該第一柵1414、第二柵1416、第三柵1414’、第四柵1416’、第五柵1414”、第六柵1416”可以包括柵介質層以及位于該柵介質層上的柵電極，該柵電極例如可以是多晶硅柵電極。

在第一增強型MOS器件的元胞部分1408、耗盡型MOS器件的元胞部分1408’和第二增強型MOS器件的元胞部分1408”以外的區(qū)域，還可以具有高壓環(huán)1407，高壓環(huán)1407可以包括多個P型摻雜1410，該高壓環(huán)1407可以對應于圖13所示的區(qū)域1307。

結合他13和圖14，上述三個器件都位于同一個高壓環(huán)1407內，高壓環(huán)1407的結構可以和增強型MOS器件或者耗盡型MOS器件的高壓環(huán)結構等同。根據(jù)具體應用，器件的電流大小的需求可以發(fā)生改變，相應地可以調整有源區(qū)1308、1308’和1308’’的面積大小，以滿足實際應用的需求。

第六實施例

隨著產品應用發(fā)展，后續(xù)會出現(xiàn)對系統(tǒng)工作電壓越來越低的趨勢。當對隔離耐壓的要求降低，譬如10V以下的時候，針對上述復合器件結構可以進一步的簡化。

如圖15，圖15示出了系統(tǒng)工作電壓降低后的復合器件的剖面結構圖，該復合器件包括第一增強型MOS器件的元胞部分1508和耗盡型MOS器件的元胞部分1508’，二者都是有源區(qū)。該復合器件的結構與第一實施例基本相同，也包括外延區(qū)1506、第一電極1501、第一阱區(qū)1502、第一摻雜區(qū)1505、第一引出區(qū)1509、第二阱區(qū)1502’、第二摻雜區(qū)1505’、第二引出區(qū)1509’、第一增強型MOS器件的柵極1504、耗盡型MOS器件的柵極1504’，第二電極1503、第三電極1503’。

該實施例與第一實施例的區(qū)別主要在于隔離結構的具體結構不同，該實施例的隔離結構中不包含浮空阱區(qū)和第一柵，僅僅保留了形成于外延區(qū)1506正面的第二柵1516。該第二柵1516覆蓋第一阱區(qū)1502的至少一部分和第二阱區(qū)1502’的至少一部分，該第二柵1516還覆蓋第一阱區(qū)1502和第二阱區(qū)1502’之間的外延區(qū)1506。該第二柵1516和第二阱區(qū)1502’短路，例如可以通過第三電極1503’短路，但并不限于此。

相比于第一實施例，該復合器件可以進一步簡化隔離結構，節(jié)省復合器件的面積，降低成本。

圖15所示的實施例是在第一實施例的基礎上變更得到的，省去了隔離結構中的浮空阱區(qū)和第一柵，但需要的是，該隔離結構也適用于上述其他各個實施例。

另外，作為隔離結構的另一種變形，在第一實施例的基礎上還可以省去隔離結構中的浮空阱區(qū)和第二柵，僅保留第一柵。更加具體而言，該隔離結構可以包括：形成于外延區(qū)正面的第一柵，該第一柵覆蓋第一阱區(qū)的至少一部分和第二阱區(qū)的至少一部分，該第一柵還覆蓋第一阱區(qū)和第二阱區(qū)之間的外延區(qū)，該第一柵和第一阱區(qū)短路，例如可以通過第二電極短路，但并不限于此。與圖15所示的隔離結構類似的，上述隔離結構的變形也可以適用于前述各個實施例。

需要說明的是，上述各個實施例中各個摻雜區(qū)域的摻雜類型是以N型器件為例進行說明的，該領域技術人員應當理解，對于P型器件而言，可以將各個摻雜區(qū)域的摻雜類型反型。上述各個實施例中，該第一增強型MOS器件和第二增強型MOS器件優(yōu)選為VDMOS器件。另外，該復合器件中的第一增強型MOS器件、第二增強型MOS器件和耗盡型MOS器件的數(shù)量都可以是一個或者多個。

2017年12月11日，《復合器件及開關電源》獲得第十九屆中國專利優(yōu)秀獎。

第1部分 開關電源的基本原理

第1章 緒論

1.1 開關電源簡介

1.1.1 開關電源的發(fā)展歷史

1.1.2 開關電源技術的發(fā)展方向

1.2 穩(wěn)壓電源

1.2.1 線性電源

1.2.2 開關電源原理

1.2.3 線性電源與開關電源的比較

1.2.4 單片開關電源

1.3 開關電源的分類

1.4 開關電源的主要技術指標

1.5 需要掌握的基本概念

第2章 開關電源中的電力電子元器件及特性

2.1 電阻

2.1.1 電阻的基本知識

2.1.2 電阻的型號命名方法

2.1.3 電阻阻值的標注方法

2.1.4 電阻的分類

2.1.5 常用電阻

2.1.6 電阻的選用及注意事項

2.2 電容

2.2.1 電容的基本知識

2.2.2 電容的型號命名方法

2.2.3 電容容量的標注方法

2.2.4 電容的分類

2.2.5 常用電容

2.2.6 電容的選用及注意事項

2.3 電感

2.3.1 電感的基本知識

2.3.2 電感的型號命名方法

2.3.3 電感量的標注方法

2.3.4 電感的分類

2.3.5 常用電感

2.3.6 電感的選用及注意事項

2.4 場效應管

2.4.1 場效應管的基本知識

2.4.2 場效應管的命名方法

2.4.3 場效應管的分類

2.4.4 結型場效應管

2.4.5 絕緣柵型場效應管

2.4.6 場效應管的選用及注意事項

2.5 雙極型晶體管

2.5.1 雙極型晶體管的基本知識

2.5.2 雙極型晶體管的命名方法

2.5.3 雙極型晶體管的分類

2.5.4 常用的雙極型晶體管

2.5.5 雙極型晶體管的選用及注意事項

2.6 IGBT

2.6.1 IGBT的基本知識

2.6.2 IBGT的分類

2.6.3 IGBT的結構和工作原理

2.6.4 IGBT的基本特性

2.6.5 IGBT的總結

2.7 變壓器

2.7.1 變壓器在電源技術中的作用

2.7.2 變壓器的基本原理

2.7.3 常見的變壓器

2.7.4 高頻脈沖變壓器原理

2.7.5 變壓器的選用及注意事項

第3章 基本PWM變換器的主電路拓撲

3.1 概述

3.2 Buck變換器

3.2.1 電路結構及工作原理

3.2.2 電路關鍵節(jié)點波形

3.2.3 主要參數(shù)的計算方法

3.2.4 Buck變換器的優(yōu)、缺點

3.3 Boost變換器

3.3.1 電路結構及工作原理

3.3.2 電路關鍵節(jié)點波形

3.3.3 主要參數(shù)的計算方法

3.3.4 Boost變換器的優(yōu)、缺點

3.4 Buck-Boost變換器

3.4.1 電路結構及工作原理

3.4.2 電路關鍵節(jié)點波形

3.4.3 主要參數(shù)的計算方法

3.4.4 Buck-Boost變換器的優(yōu)、缺點

3.5 CuK變換器

3.5.1 電路結構及工作原理

3.5.2 電路關鍵節(jié)點波形

3.5.3 主要參數(shù)的計算方法

3.5.4 CuK變換器的優(yōu)、缺點

第4章 變壓器隔離的DC-DC變換器拓撲結構

4.1 概述

4.2 單端正激式結構

4.2.1 簡介

4.2.2 電路結構及工作原理

4.2.3 電路關鍵節(jié)點波形

4.2.4 主要參數(shù)的計算方法

4.2.5 正激式電路的優(yōu)、缺點

4.3 單端反激式結構

4.3.1 簡介

4.3.2 電路結構及工作原理

4.3.3 電路關鍵節(jié)點波形

4.3.4 主要參數(shù)的計算方法

4.3.5 反激式電路的優(yōu)、缺點

4.4 半橋式電路結構

4.4.1 簡介

4.4.2 電路結構及工作原理

4.4.3 電路關鍵節(jié)點波形

4.4.4 主要參數(shù)的計算方法

4.4.5 半橋式電路的優(yōu)、缺點

4.5 全橋式電路結構

4.5.1 簡介

4.5.2 電路結構及工作原理

4.5.3 電路關鍵節(jié)點波形

4.5.4 主要參數(shù)的計算方法

4.5.5 全橋式電路的優(yōu)、缺點

4.6 推挽式電路結構

4.6.1 簡介

4.6.2 電路結構及工作原理

4.6.3 電路關鍵節(jié)點波形

4.6.4 主要參數(shù)的計算方法

4.6.5 推挽式電路的優(yōu)、缺點

第2部分 開關電源的設計

第5章 開關電源一次側電路的設計

5.1 輸入保護電路的設計

5.1.1 輸入保護電路的基本構成

5.1.2 熔絲管

5.1.3 熔斷電阻器

5.1.4 功率型負溫度系數(shù)熱敏電阻

5.1.5 壓敏電阻器

5.2 電磁干擾濾波器

5.2.1 開關電源的噪聲及其抑制方法

5.2.2 簡易電磁干擾濾波器的設計

5.2.3 復雜電磁干擾濾波器的設計

5.3 開關電源輸入整流電路

5.3.1 輸入整流二極管

5.3.2 輸入整流橋

5.3.3 倍壓整流及交流輸入電壓轉換電路的設計

5.4 功率開關管

5.4.1 雙極結型晶體管

5.4.2 功率場效應晶體管

5.5 高頻變壓器

5.5.1 高頻變壓器磁芯

5.5.2 高頻變壓器繞組導線

第6章 開關電源二次側電路的設計

6.1 輸出整流二極管及穩(wěn)壓二極管

6.1.1 二極管的性能參數(shù)

6.1.2 快恢復及超快恢復二極管

6.1.3 肖特基勢壘二極管的選擇

6.1.4 幾種整流二極管的性能比較

6.1.5 穩(wěn)壓二極管的選擇

6.2 輸出濾波電容的計算與選擇

6.2.1 輸出濾波電容的容量計算

6.2.2 選用輸出濾波電容的注意事項

6.3 磁珠的選擇

6.3.1 磁珠的性能特點

6.3.2 磁珠的選擇方法

6.4 光電耦合器

6.4.1 光電耦合器的工作原理

6.4.2 線性光電耦合器

6.5 可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器的選擇

6.5.1 TL431型可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器

6.5.2 NCP100型可調式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器

第7章 開關電源的控制電路設計

7.1 自激式PWM控制電路

7.1.1 工作原理

7.1.2 典型應用

7.2 TL494型PWM控制電路

7.2.1 工作原理

7.2.2 典型應用

7.3 SG3525型PWM控制電路

7.3.1 工作原理

7.3.2 典型應用

7.4 UC3842型電流模式PWM控制電路

7.4.1 工作原理

7.4.2 典型應用

7.5 TOPSwitch-Ⅱ系列PWM控制電路

7.5.1 工作原理

7.5.2 典型應用

7.6 TinySwitch-Ⅱ系列PWM控制電路

7.6.1 工作原理

7.6.2 典型應用

第8章 印制電路板的設計

8.1 開關電源的PCB設計規(guī)范

8.2 元器件的布局

8.3 印制電路板的布線

第3部分 開關電源應用實例

第9章 開關電源的典型應用實例

9.1 降壓式開關穩(wěn)壓器實例分析

9.1.1 電路原理圖

9.1.2 工作原理

9.2 升壓式開關穩(wěn)壓器實例分析

9.2.1 電路原理圖

9.2.2 工作原理

9.3 筆記本電腦開關電源實例分析

9.3.1 電路原理圖

9.3.2 工作原理

9.4 單端正激式開關電源實例分析

9.4.1 電路原理圖

9.4.2 工作原理

9.5 單端反激式開關電源實例分析

9.5.1 電路原理圖

9.5.2 工作原理

9.6 半橋式開關電源實例分析

9.6.1 電路原理圖

9.6.2 工作原理

9.7 全橋式開關電源實例分析

9.7.1 電路原理圖

9.7.2 工作原理

第10章 電子設計競賽電源設計與制作實例

10.1 全國大學生電子設計競賽簡介

10.2 簡易數(shù)控直流電壓源設計

10.2.1 設計要求

10.2.2 方案比較

10.2.3 系統(tǒng)設計

10.2.4 程序設計

10.2.5 系統(tǒng)調試

10.3 數(shù)控直流電流源設計

10.3.1 設計要求

10.3.2 方案論證

10.3.3 系統(tǒng)硬件設計

10.3.4 系統(tǒng)軟件設計

10.3.5 系統(tǒng)測試

10.4 開關穩(wěn)壓電源設計

10.4.1 設計要求

10.4.2 方案論證

10.4.3 系統(tǒng)設計

10.4.4 系統(tǒng)測試

第11章 開關電源的測試

11.1 開關電源的性能指標

11.2 開關電源的測試方法

11.3 開關電源的測試記錄及數(shù)據(jù)處理

11.4 高頻變壓器磁飽和的檢測方法2100433B

本書以突出新器件、新電路和新技術為特點，系統(tǒng)介紹了直流開關電源技術及應用。內容包括直流開關電源穩(wěn)壓原理、性能指標、測試方法、新型功率開關及驅動電路，新型高頻整流電路，各種硬開關、軟開關DC/DC變換器和控制器，功率因數(shù)校正技術，開關電源干擾及抑制技術，開關電源并聯(lián)技術，開關電源技術的典型應用等。

本書內容豐富，取材廣泛，既有流行實用電路，又有新穎前沿技術。在論述方法上先易后難，深入淺出。本書可作為高等院校相關專業(yè)選修課教材及開關電源維護使用人員的培訓教材，還可供從事開關電源設計、使用、維護的工程技術人員以及其他相關電子工程技術人員參考。

《開關電源原理設計及實例》在介紹開關電源基本原理的基礎上，依次闡述了開關電源一次側、二次側電路的設計，分析了幾種典型開關電源電路的設計實例，并結合全國大學生電子設計競賽中的電源設計題目給出了設計方案、完整電路圖、測試過程及詳細數(shù)據(jù)和波形?！堕_關電源原理設計及實例》所講內容可幫助讀者快速、全面、系統(tǒng)地掌握開關電源的設計與制作知識?！堕_關電源原理設計及實例》的特點是由淺入深，易讀易懂，開關電源的拓撲結構，開關電源的控制電路，開關電源的輔助電路，電路板的布局、布線方法，高頻變壓器的制作等內容的闡述系統(tǒng)、深入。