作为启动控制元件的耗乏型晶体管的制作方法

专利名称：作为启动控制元件的耗乏型晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种作为启动控制元件的耗乏型晶体管，特别是指一 种可供作为电源电路之启动装置，而不需要复杂电路结构的耗乏型场 效晶体管(depletion mode FET)。
背景技术：
从电压源供应电压至集成电路芯片的电源电路时，经常需要使用 到启动电路。启动电路的目的是提供启始偏压，直到电源电路能够正 常工作为止。之后，理想的话，启动电路应当功成身退，不再耗用任 何电源。其简单示意图如图1所示，由于在电路的启动阶段，电源电 路200本身尚无电源，因此必须提供一个启动电路10,以对电容器C 进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值，能够启动电源电路为 止。当电源电路启动之后，即可自行工作(例如通过别的路径从电压 源100取得电力、并转换成芯片所需的直流低压Vdd,其详细内容为 本技术领域者所熟知，在此不予赘示)。
上述启动电路IO，现有技术中对此最简单的作法如图2所示。由 于启动电路10，应该只消耗很少的电流，故最简单的作法是提供一个 大电阻20。电阻20将电压源IOO而来的电压转换成低电流，并对电容 器C进行充电，直到节点Vbias处的电压到达默认值。而节点Vbias 处的电压，举例而言，可供驱动一个在电源电路200内的脉宽调变电 路12，由该脉宽调变电路12来控制电源电路200的工作(其详细内容 亦为本技术领域者所熟知，故在此不予赘示)。
在图2所示的现有技术中，由于电压源IOO所提供的电压经常相 当高，故电阻20必须相当大，才能达成限流的功能。但如此一来，造
成电阻20在芯片内所占面积过大、且会产生大量的热。此外，此种设 计，并无自动关闭启动电路的机制；耗电与热的问题，不但相当严重， 且在电源电路启动之后，还会持续。因此，此种设计虽然简单，但并 不理想。
另一种现有技术的作法揭示于美国专利第5，285，369号中。该案之 电路相当复杂，经简化后其概念大致如图3所示，是利用金氧半场效 晶体管(以下简称MOSFET)中寄生接面晶体管的特性，将MOSFET 84 分解视为包含一个接面场效晶体管(以下简称JFET)86与一个MOSFET 88。 JFET86为耗乏型晶体管，本身具有限流的功能，且由于其耗乏型 之特性，在栅极接地的电路设计下，将常态维持为导通状态。该案从 JFET 86与MOSFET 88之间的节点取出电流，使用该电流来启动一个 控制电路14，此控制电路14一方面对电容器C进行充电， 一方面可在 节点Vbias处的电压到达默认值时，发出控制讯号，关闭MOSFET 88， 以切断由MOSFET 84和控制电路14所构成的整体启动电路。
上述图3所示的现有技术，虽能达成自动关闭启动电路的功能， 且电路所产生的热远较图2电路为低，但详细参酌该案可知，其控制 电路14的结构过于复杂，并不能令人满意。
因此，在美国专利第5,477,175号中，揭示另一种电路结构，其设 计即较图3所示电路为简单。如图4所示，在该案中，是直接从JFET 101 与MOSFET 102间的节点取出电流，并使用一个电阻器103来将电流 转换成电压，以控制MOSFET 102的栅极，使其导通。由于电阻器103 的目的仅需提供足以令MOSFET 102导通的电压，因此电阻器103毋 需太大，其产生热的问题并不严重。当电源电路200启动后，可通过 控制节点113，将开关晶体管109关闭，即可切断流过电阻器103的电 流。
上述图4所示的电路，其复杂度虽较美国专利第5,285,369号现有
技术已有大幅改善，但未臻完全理想。
有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种较佳之 启动电路，其中以耗乏型晶体管作为启动控制元件，而得以大幅简化 电路结构。

发明内容
本发明之第一目的在于提供一种作为启动控制元件的耗乏型晶体 管，以简单的结构，达成启动电路的功能。
本发明之第二目的在于提供一种启动电路。
本发明之第三目的在于提供一种作为启动控制元件的半导体元件。
为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种作 为启动控制元件的耗乏型晶体管，其包含 一个第一耗乏型接面晶体 管，其源极或漏极的第一端与一电压源连接，栅极接地；以及一个第 二耗乏型晶体管，其源极或漏极的第一端与该第一耗乏型接面晶体管 的源极或漏极的第二端连接，其栅极可受控使该第二耗乏型晶体管关 闭。
在前述第一个实施例中，第二耗乏型晶体管以接面晶体管为佳。
此外，根据本发明的另一个实施例，也提供了一种启动电路，其 包含 一个常态导通的第一晶体管；以及一个与第一晶体管连接的第 二耗乏型晶体管，其为常态导通，但可受控而关闭。
根据本发明的又另一个实施例，也提供了一种半导体元件，包含 具有第一传导型态的基体；具有第二传导型态且彼此隔开的第一与第
二井区，此两井区在常态下彼此导通；具有第一传导型态的第三井区， 位于上述彼此隔开的第一与第二井区之间；以及具有第一传导型态的 第四井区，与该第三井区隔开，且与基体导通，其中，此半导体元件 供作为启动控制元件。
以下通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明之目的、技 术内容、特点及其所达成之功效。


图1为启动电路的概念说明图。
图2为现有技术中.以电阻器来构成启动电路的示意电路图。
图3为示意电路图；说明现有技术启动电路的一例。
图4为示意电路图.说明现有技术启动电路的另一例。
图5为根据本发明一实施例的示意电路图。
图6为根据本发明一实施例的半导体剖面示意图。
图7为根据本发明一更具体实施例的半导体剖面示意图。
图中符号说明
10启动电路
12脉宽调变电路
14控制电路
20电阻器
30基体
40N型井区
41N型井区
42N型轻掺杂区
43N型重掺杂区
50N型井区
51N型井区
52N型轻掺杂区
53N型重掺杂区60P型井区70P型井区84金氧半场效晶体管86接面场效晶体管88金氧半场效晶体管100电压源101接面场效晶体管102金氧半场效晶体管103电阻器109开关晶体管113控制节点200电源电路300启动电路400耗乏型晶体管401接面场效晶体管402耗乏型场效晶体管Al箭号C电容器D漏极FOX场氧化物G节点Vbias节点Vdd直流电压具体实施方式
请参考图5，其中以示意电路图的方式显示本发明的一个实施例。 如图所示，本实施例中，在电压源100与电源电路200间的启动电路， 使用一个耗乏型晶体管400来构成。在所示实施例中，此晶体管400 为耗乏型FET，其等效电路如图所示，包含一个耗乏型JFET401与一
个耗乏型场效晶体管(以下简称FET) 402;其中，耗乏型JFET 401 最好是能承受高电压的高压元件，而耗乏型FET402则可为低压元件。 所谓的高压，是对应于电压源100所供应的电压，而所谓的低压，是 指相对于高压而言为低压。图5中，由于耗乏型JFET401的栅极接地，故其维持为导通状态， 且由于其耗乏型之特性.本身具有限流的功能，达到启动电路低电流 的要求。本发明的特点在于，FET402也采用耗乏型晶体管；其栅极节 点G可与电源电路200内部的控制节点(未示出)连接。在电路启始 阶段，由于电源电路200内并无电流，因此栅极节点G处并无电压， 形同接地。故耗乏型FET402导通，可将耗乏型JFET401上的电流传 导给电源电路200。当电源电路200启动后，内部产生电流，即可藉此 控制栅极节点G，提高其电压，而将耗乏型FET 402关闭，达成省电 目的。在以上电路中，并不需要复杂的控制机制，其电路较图4所示的 电路更为简单；除此之外，启动电路中没有使用任何电阻器，因此更 无散热问题。耗乏型FET 402，可以为MOSFET，也可以为接面晶体管，但以 采用接面晶体管为较佳因其控制栅极为P/N接面，可耐受更高的反 向崩溃电压。除此之外，与MOSFET相较，栅极与源极之间的P/N接 面，可提供更佳的静电防护(ESD protection)。因此，在图5所示的 示意电路中，是将FET 402绘示为接面场效晶体管，但这并不排除以 其它形式的耗乏型晶体管来制作FET 402，也仍属本案的范围。上述示意电路，利用半导体制程技术制作时，其半导体剖面之一 简化实施例可参见图6。如图所示，在P型基体30上，设有N型的井 区40、 50，以分别构成耗乏型晶体管400的源极区与漏极区，或更详 言之，分别是FET402的源极区与JFET401的漏极区。N型井区40、 50分别通过源极节点S与漏极节点D而与图5中的Vbias和电压源100 连接。由于漏极D与源极S的电位差，以及掺杂杂质的扩散漂移作用， 如箭号A1所示，在N型井区40、 50之间的区域45，已存在有N型的 杂质。此一区域45，即相当于JFET401的源极区与FET402的漏极区， 两者互相连接。FET402的漏极区45与源极区40事实上已经导通；但 此一区域的导通，可藉由对P型井区60加压而夹止。简言之，N型井 区40、 P型井区60、和N型杂质漂移区45，构成一个耗乏型接面晶体 管，亦即图5中之FET 402。另一方面，在基体30上，距离FET402不远处，另设有P型的井 区70，其作用是作为图5中之JFET 401的栅极。P型井区70与基体 30电连接，因此，可将N型杂质漂移区45、 P型井区70(基体30)、 和N型井区50，视为一个耗乏型接面晶体管，亦即图5中之JFET 401。当然，以上半导体剖面结构中，需适当地使用氧化物来将主动元 件区予以隔开，如图中的场氧化物FOX所示。上述半导体结构之更具体实施例可参见图7。如图所示，P型基 体30可包含一个重掺杂的本体31，和一个以磊晶方式生长出、并掺有 P型杂质的磊晶层32。 N型井区40、 50可个别包含一个N型井区41、 51; N型淡掺杂区42、 52;和N型浓掺杂区43、 53。 P型井区60与 70分别可为浓掺杂之井区。以上所述之半导体结构，可制作较佳的晶 体管元件。以上已针对较佳实施例来说明本发明，唯以上所述者，仅系为使 熟悉本技术者易于了解本发明的内容而己，并非用来限定本发明之权 利范围。如前所述，本发明的主要概念在于，使用耗乏型晶体管来制 作启动电路的控制元件；由于耗乏型晶体管具有常态导通的特性，且 有自然的限流功能，因此恰符合启动电路的需求。在电源电路的启始 阶段，耗乏型晶体管常态导通；而当电源电路启动后，内部产生电力，
即可藉此关闭耗乏型晶体管。在此精神下，熟悉本技术者可以思及各 种等效变化，均应包含在本发明的范围之内。例如，启动电路未必限 于用来启动电源电路，亦可提供其它启动用途；其启动电源电路200 的方式，未必局限于对电容充电；电源电路200的内部结构，可为任何型态；半导体结构中的各井区结构、掺杂浓度、场氧化物位置安排， 可有各种变化；等等。故凡依本发明之概念与精神所为之均等变化或修饰，均应包括于本发明之申请专利范围内。
权利要求
1.一种作为启动控制元件的耗乏型晶体管，包含一个第一耗乏型接面晶体管，其源极或漏极之第一端与一电压源连接，栅极接地；以及一个第二耗乏型晶体管，其源极或漏极之第一端与该第一耗乏型接面晶体管的源极或漏极之第二端连接，其栅极可受控使该第二耗乏型晶体管关闭。
2. 如权利要求l所述的作为启动控制元件的耗乏型晶体管，其中 该第二耗乏型晶体管为接面晶体管。
3. 如权利要求1所述的作为启动控制元件的耗乏型晶体管，其中 该第二耗乏型晶体管的源极或漏极之第二端连接一个电容器。
4. 如权利要求l所述的作为启动控制元件的耗乏型晶体管，其中 该启动控制元件构成一启动电路，以启动一个电源电路。
5. 如权利要求l所述的作为启动控制元件的耗乏型晶体管，其中 该第一耗乏型接面晶体管可耐受高压，而该第二耗乏型晶体管为低压 元件。
6. —种启动电路，包含 一个常态导通的第一晶体管；以及一个与第一晶体管串联的第二耗乏型晶体管，其为常态导通，但 可受控而关闭。
7. 如权利要求6所述的启动电路，其中该第二晶体管为耗乏型场 效晶体管，可藉控制其栅极而将其关闭。
8. 如权利要求6所述的启动电路，其中该第一晶体管为耗乏型接面晶体管。
9. 如权利要求6所述的启动电路，其中该第一与第二晶体管皆为 耗乏型接面晶体管。
10. 如权利要求6所述的启动电路，其中该第一晶体管可耐受高 压，而该第二耗乏型晶体管为低压元件。
11. 如权利要求6所述的启动电路，其中该第一与第二晶体管利 用半导体制程制作成为一整合元件。
12. 如权利要求6所述的启动电路，该启动电路供连接在一电压 源与一电容器之间。
13. —种半导体元件，包含 具有第一传导型态的基体；具有第二传导型态且彼此隔开的第一与第二井区，此两井区在常 态下彼此导通；具有第一传导型态的第三井区，位于上述彼此隔开之第一与第二 井区之间；以及具有第一传导型态的第四井区，与该第三井区隔开，且与基体导通，其中，此半导体元件系供作为启动控制元件。
14. 如权利要求13所述的半导体元件，其中该第一传导型态为P 型，第二传导型态为N型。
15. 如权利要求13所述的半导体元件，其中该第三井区可受控而 切断第一与第二井区之导通。
16. 如权利要求13所述的半导体元件，其中该第四井区接地。
17. 如权利要求13所述的半导体元件，其中该基体包含一本体与一磊晶生长层。
18. 如权利要求13所述的半导体元件，其中该第一与第二井区之 内另包含有浓掺杂区及淡掺杂区。
全文摘要
本发明提出一种作为启动控制元件的耗乏型晶体管，其包含一个第一耗乏型接面晶体管，其源极或漏极的第一端与一电压源连接，栅极接地；以及一个第二耗乏型晶体管，其源极或漏极的第一端与该第一耗乏型接面晶体管的源极或漏极的第二端连接，其栅极可受控使该第二耗乏型晶体管关闭。本发明提供的作为启动控制元件的耗乏型晶体管，以简单的结构，达成启动电路的功能。
文档编号H03K17/687GK101162897SQ20061014165
公开日2008年4月16日 申请日期2006年10月9日 优先权日2006年10月9日
发明者张光铭, 郑谦兴 申请人:立锜科技股份有限公司