具有多电极控制的高压器件的制作方法

背景技术：

硅基晶体管非常适合于低压应用。但是在高压应用(例如，大于100v的供给电压)中，硅基晶体管的击穿电压增加，从而引起硅基晶体管的沟道电阻不成比例地增加。作为结果，大的折衷存在于bv*ron品质因数中。增加硅基晶体管的击穿电压还显著增加晶体管的器件电容，这通常减慢晶体管的切换效率。

为了解决这些问题，高压器件可用于具有硅基晶体管的级联配置中。高压器件可为高电子迁移率晶体管(hemt)，诸如氮化镓(gan)hemt。通常，ganhemt包括二维电子气(2deg)沟道，二维电子气(2deg)沟道提供高击穿电压，并且实现具有低功率损耗的超高功率密度操作。然而，在切换操作期间，过度的振铃可发生在硅基晶体管和高压器件之间。为了抑制振铃现象，振铃抑制器可被放置在高压器件的控制栅极处。

振铃抑制器可抑制振铃现象，但是这将增加功率损耗，并且减少级联配置的切换效率。

技术实现要素：

在所描述的示例中，高压晶体管(hvt)结构使低压晶体管(lvt)适于高压环境。hvt结构包括漏极节点、源极节点、控制栅极和场电极。漏极节点和源极节点限定导电沟道，其中通过控制栅极调节迁移的电荷。当与控制栅极隔离时，场电极被配置为响应于场电压，传播迁移的电荷。场电极被构造和布线以防止与漏极节点、源极节点或控制栅极中的任一个共享电荷。有利地，所隔离的场电极使控制栅极与漏极节点和源极节点的电容最小化，使得hvt可在高压环境中以较少的功率损耗和更健壮的性能进行切换。

附图说明

图1示出根据示例实施例的方面的形成在两个单独衬底上的示例高压器件的横截面视图。

图2示出根据示例实施例的方面的形成在单个衬底上的示例高压器件的横截面视图。

图3a示出根据示例实施例的方面的比较常规高压器件和所公开的高压器件之间的接通性能的时序图。

图3b示出根据示例实施例的方面的比较常规高压器件和所公开的高压器件之间的关断性能的时序图。

图4示出根据示例实施例的方面的比较常规高压器件和所公开的高压器件之间的切换功率损耗的时序图。

具体实施方式

图1示出根据示例实施例的方面的形成在两个单独衬底(例如，112和142)上的示例高压器件100的横截面视图。高压器件100可适于在高压环境中实行一个或多个切换(switching)功能。因此，高压器件100可被布线和配置为高压开关。例如，高压器件(hvd)100通常包括低压晶体管(lvt)110和高压晶体管(hvt)140。lvt110和hvt140可在级联配置中布线(如图1所示)，以将hvd100变换成高压开关。

lvt110是形成在第一衬底112上的半导体结构，第一衬底112可为硅基衬底。hvt140是形成在第二衬底142上的半导体结构，第二衬底142与第一衬底112分离，但是被放置在与第一衬底112共享的公共衬底102上。公共衬底102可为用于装配多个半导体管芯的封装层。在该情况下，lvt110属于第一集成电路(ic)管芯，然而hvt140属于第二ic管芯。由此，经由在半导体结构外部的键合垫和键合线建立lvt110和hvt140之间的连接，由半导体结构形成lvt110和hvt140。

hvt140可为提供高电子迁移率的半导体结构的一部分。例如，hvt140可为高电子迁移率晶体管(hemt)。hvt140保护lvt110免受高压源106的影响，高压源106可通常生成超过100v的供给电压。因此，hvt140允许lvt110在高压环境中实行切换。

hvt140结构包括设置在第二衬底142上面的二维电子气(2deg)层148。2deg层148形成在第一带隙层144和第二带隙层146之间。第一带隙层144被设置在第二衬底142的顶部上，并且第二带隙层146被设置在第一带隙层144的顶部上。根据示例实施例的方面，第一带隙层144可为宽带隙沟道层，并且第二带隙层146可为具有比第一带隙层144更宽带隙的带隙层。例如，第一带隙层144可包括氮化镓(gan)和/或砷化镓(gaas)，并且第二带隙层146可包括氮化铝镓(algan)和/或砷化铝镓(algaas)。同时，第一带隙层144和第二带隙层146提供开发2deg层148的基础。

绝缘层147可设置在第二带隙层146上面，用于使第二带隙层146与若干导电电极(例如，152、154和156)绝缘。绝缘层147包括一种或多种绝缘材料，诸如氮化硅(sin)、二氧化硅(sio2)、氮化铝(aln)和二氧化氯(alo2)。漏极节点(又称漏极端子和漏极电极)152通过蚀刻穿过绝缘层147被设置在2deg层148的第一端上面、并且通过合金化处理电连接到2deg层148。源极节点(又称源极端子和源极电极)154通过蚀刻穿过绝缘层147被设置在2deg层148的第二端上面、并且通过合金化处理电连接到2deg层148。同时，漏极节点152和源极节点154在2deg层148的第一端和第二端之间限定异质结沟道。当适当偏置时，假定高压源106提供足够高的漏极电压供给，异质结沟道携带高迁移率电子，以将电流从漏极节点152传导到源极节点154。因此，在2deg层148上建立的异质结沟道可经受可高于100v的高压源。

控制栅极(又称栅极端子和栅极电极)156被设置在2deg层148上面，并且被设置在漏极节点152和源极节点154之间。在一种实施方式中，控制栅极156可直接放置在绝缘层147的顶部上。在另一种实施方式中，控制栅极156可直接放置在第二带隙层146的顶部上。控制栅极156被配置为通过操纵沟道的电荷迁移率来调节异质结沟道。特别地，控制栅极156被配置为在建立足够高的栅源电压(vgs)时沿着异质结沟道使电荷迁移。例如，在gan被包括在第一带隙层144中的情况下，当vgs从-14v增加到-13v时，控制栅极156将开始沿着异质结沟道使电荷迁移。在该特定配置中，hvt140是耗尽n型器件，当vgs低于-14v时，耗尽n型器件为不导通的，并且当vgs为-13v和以上时，耗尽n型器件变成导通的。

上面提及的导电电极(例如，152、154和156)彼此且通过它们与2deg层148的耦接建立寄生电容。例如，源极节点154与漏极节点152建立漏源电容(cds)。类似地，控制栅极156与源极节点154建立栅源电容(cgs)，并且与漏极节点152建立栅漏电容(cgd)。这些寄生电容在一个或多个切换周期期间直接影响hvt140的功率损耗和切换性能。

当漏极电压随着hvt140关断而升高时，2deg层中迁移的电荷可通过使用一个或多个场板和/或场电极沿着沟道均匀地传播。例如，在一种实施方式中，hvt140可包括形成在控制栅极156的顶部上的辅助场板158。辅助场板158接触控制栅极156，并且因此与控制栅极156共享相同的电势。辅助场板158被配置为围绕与控制栅极156相邻的区域传播迁移的电荷。优选地，控制栅极156被定位成比辅助场板158更靠近源极节点154，以便减少hvt140的器件导通电阻。虽然辅助场板158形成在控制栅极156的顶部上，但是辅助场板158在控制栅极158没有覆盖的区域上方延伸超出控制栅极156。优选地，该区域被定位成比控制栅极156更靠近漏极节点152。

hvt140还包括与控制栅极156、辅助场板158、漏极节点152和源极节点154结构隔离并且电隔离的一个或多个场电极(例如，162和164)。这些场电极被设置在异质结沟道上面，并且这些场电极被配置为以类似于辅助场板158的方式调节沟道。例如，这些场电极被配置为接收用于在控制栅极156和辅助场板158没有覆盖的区域上方沿着沟道传播迁移的电荷的一个或多个场电压。

场电极被定位成比控制栅极156离2deg层148更远。例如，在一种实施方式中，hvt140包括第一场电极162和第二场电极164，第一场电极162和第二场电极164都被定位成比控制栅极156离2deg层148更远。因此，第一场电极162可形成在第一电介质层166上，第一电介质层166被放置在控制栅极156上面。类似地，第二场电极164可形成在第二电介质层168上，第二电介质层168被放置在控制栅极156和第一电介质层166上面。根据用于制造hvt140的特定工艺，第一电介质层166和第二电介质层168可具有相同的化学成分。

为了减少切换期间的功率损耗和切换时间，场电极(例如，162和164)被构造和布线以防止与漏极节点152、源极节点154或控制栅极156中的任一个共享电荷。为了达到那个目的，场电极不与漏极节点152、源极节点154或控制栅极154中的任一个接触。作为结果，场电极通过不将附加寄生电容加负担于漏极节点152、源极节点154或控制栅极154中的任一个来维持电容cds、电容cgd和电容cgs。

场电极设置在没有被控制栅极156和辅助场板158覆盖的异质结沟道的区域上面。该区域与漏极节点152相邻，使得场电极被配置为在控制栅极156和漏极节点152之间传播迁移的电荷。例如，在一种实施方式中，第一场电极162被设置在沟道的第一区域163上面，并且因此第一场电极162被配置为在第一区域163中传播迁移的电荷。在另一种实施方式中，第二场电极164设置在沟道的第二区域165上面，并且因此第二场电极164被配置为在第二区域165中传播迁移的电荷。因为第一场电极162和第二场电极164可彼此分离或连接，所以第一区域163和第二区域165可为两个不同区域或两个部分重叠的区域。

当hvt140在高压环境中保护lvt110时，lvt110启动且控制hvt140的切换活动。根据如图1所示的配置，可使用n沟道mosfet(nmos)实施lvt110。在一种实施方式中，lvt110包括漏极节点122、源极节点124和控制栅极128。漏极节点122设置在第一n掺杂区域116(又称漏极区域)上面，第一n掺杂区域116形成在第一衬底112的表面内。源极节点124设置在第二n掺杂区域114(又称源极区域)上面，第二n掺杂区域114也形成在第一衬底112的表面内。控制栅极128被设置在生长在第一衬底112的表面上的栅极氧化物层126的顶部上。在另一种实施方式中，源极节点124也可内部地连接到第一衬底112。

为了实行高压切换功能，lvt110和hvt140在级联配置中彼此耦接。更具体地说，lvt110的源极节点124(或第一源极节点)与低压源108耦接，用于接收源电压，lvt110的漏极节点122(或第一漏极节点)与hvt140的源极节点154(或第二源极节点)耦接，并且hvt140的漏极节点152(或第二漏极节点)与高压源106耦接。在接收输入切换电压时，lvt110的控制栅极128(或第一控制栅极)在第一衬底112中的区域上方施加电场，以在漏极节点122和源极节点124之间创建n沟道。当输入切换电压和源电压之间的差克服lvt110的阈值电压时，n沟道变成导通的，使得电流从漏极节点122流到源极节点124。

同时，hvt140的控制栅极156(或第二控制栅极)与低压源108耦接，用于接收与源极节点124相同的源电压。因此，当源极节点154的电势开始随着漏极节点122的电势下降，控制栅极156和源极节点154之间的vgs电压从更大的负电压(例如，-14v)增加到较少的负电压(例如，-13v)。当vgs电压增加到足够高时，hvt140变成导通的。可从lvt110的漏极节点122或从hvt140的漏极节点152收集hvd100的输出电压。通过调整控制栅极128处的切换输入电压，可控制输出电压。例如，在一些电路配置中，在漏极节点152处的输出电压可在大约0v和高压源106的供给电压之间变化。

hvd110包括用于将lvt110和hvt140彼此连接或用于将lvt110和hvt140与一个或多个外部电源(例如，106和108)和驱动器(例如，103、105、107和109)连接的若干接线选项。hvt140的漏极节点152经由互连件170、用于与hvt140接合的键合垫171，以及负载195(例如，电阻器、电感器或另一个晶体管)与高压源106耦接。互连件170设置在hvt140内，然而键合垫171设置在hvt140外部。因此，键合垫171的寄生负载高于互连件170的寄生负载。负载195还设置在hvt140外部，并且负载195被用于当hvt140变成导通时建立在高压源106和hvt140的漏极节点152之间的负载电压。

hvt140的控制栅极156和辅助场板158经由互连件174、用于与hvt140接合的键合垫175、一对键合线183和187，以及可选地与一对键合线183和187串联连接的振铃抑制器193与低压源108耦接。互连件174设置在hvt140内，然而键合垫175以及键合线183和187设置在hvt140外部。因此，键合垫175以及键合线183和键合线187的寄生负载高于互连件174的寄生负载。

根据特定的实施方式，低压源108可为供应比由高压源106供应的电压更低的电压的电压源。由此，这两个源(即，106和108)之间的电压差足以维持hvt140和lvt110的饱和电流。例如，在一种实施方式中，低压源108可为外部接地源，并且高压源106可为外部电源。在另一种实施方式中，低压源108可为连结到另一个晶体管的漏极节点的非接地源，然而，高压源106可连结到另一个晶体管的源极节点。由此，低压源108和高压源106可每个包括一个或多个无源元件，诸如可在hvd100外部的电阻器、电容器和电感器。在另一种实施方式中，低压源108还可电连接到公共衬底102。

在级联配置(诸如图1中所示的级联配置)中，hvt140的控制栅极156(和辅助场板158)与lvt140的源极节点124共享低压源108。有效地，hvt140的控制栅极156与lvt110的源极节点124耦接。为了抑制控制栅极156和源极节点124之间的振铃效应，振铃抑制器193可被施加在键合线183和键合线187之间。振铃抑制器193用于抑制或衰减控制栅极156和源极节点124之间的振荡。在一种实施方式中，振铃抑制器193可包括具有20欧姆电阻的电阻器。

在替换性配置中，可由用于调节2deg层148上的异质结沟道的栅极电压直接驱动控制栅极156。由hv栅极驱动器107递送栅极电压，hv栅极驱动器107可被设置在结构(例如，ic管芯)的外部或内部，hvt140形成在该结构内。在hv栅极驱动器107在hvt140结构外部的配置中，控制栅极156(和辅助场板158)经由互连件174、键合垫175和键合线183与hv栅极驱动器107耦接。在hv栅极驱动器107在hvt140结构内部的另一个配置中，控制栅极156(和辅助场板158)经由互连件174与hv栅极驱动器107耦接。在另一个配置中，栅极驱动器还可连同使用hvd100或200所需的其它集成电路集成在与lvt110相同的管芯上。

与控制栅极156相似，hvt140的第一场电极(fe)162和第二场电极(fe)164与低压源108耦接。更具体地说，第一fe162经由互连件176、用于与hvt140接合的键合垫177、一对键合线182和键合线186，以及可选地与一对键合线182和键合线186串联连接的振铃抑制器192与低压源108耦接。互连件176设置在hvt140内，然而键合垫177以及键合线182和键合线186设置在hvt140外部。因此，键合垫177以及键合线182和键合线186的寄生负载高于互连件176的寄生负载。

以类似的方式，第二fe164经由互连件172、用于与hvt140接合的键合垫173、一对键合线184和键合线188，以及可选地与一对键合线184和键合线188串联连接的振铃抑制器194与低压源108耦接。互连件172设置在hvt140内，然而键合垫173以及键合线184和键合线188设置在hvt140外部。因此，键合垫173以及键合线184和键合线188的寄生负载高于互连件172的寄生负载。

在级联配置(诸如图1中所示的级联配置)中，hvt140的第一场电极162和第二场电极164与lvt140的源极节点124共享低压源108。有效地，hvt140的第一场电极162和第二场电极164与lvt110的源极节点124耦接。为了抑制第一场电极162和源极节点124之间的振铃效应，振铃抑制器192可被施加在键合线182和键合线186之间。振铃抑制器192用于抑制或衰减第一场电极162和源极节点124之间的振荡。在一种实施方式中，振铃抑制器192可包括具有20欧姆电阻的电阻器。在替换性实施方式中，当很少量的振铃发生在第一场电极162和源极节点124之间时，振铃抑制器192可为较低值或可被去除。为了类似的目的，振铃抑制器194可被施加在键合线184和键合线188之间。振铃抑制器194用于抑制或衰减第二场电极164和源极节点124之间的振荡。在一种实施方式中，振铃抑制器194可包括具有20欧姆电阻的电阻器。在替换性实施方式中，当很少量的振铃发生在第二场电极164和源极节点124之间时，振铃抑制器194可为较低值或可被去除。

与控制栅极156相似，可由用于调节2deg层148上的异质结沟道的单独的场电压直接驱动第一场电极162和第二场电极164。更具体地说，可由用于在2deg层148的第一区域163中传播迁移的电荷的第一场电压驱动第一场电极162，然而可由用于在2deg层148的第二区域165中传播迁移的电荷的第二场电压驱动第二场电极164。

由第一场电压驱动器103递送第一场电压，第一场电压驱动器103可被设置在结构(例如，ic管芯)的外部或内部，hvt140形成在该结构内。在第一场电压驱动器103在hvt140结构的外部的配置中，第一场电极162经由互连件176、键合垫177和键合线182与第一场电压驱动器103耦接。在第一场电压驱动器103在hvt140结构内部的另一个配置中，第一场电极162经由互连件176与第一场电压驱动器103耦接。

由第二场电压驱动器109递送第二场电压，第二场电压驱动器109可被设置在结构(例如，ic管芯)的外部或内部，hvt140形成在该结构内。在第二场电压驱动器109在hvt140结构外部的配置中，第二场电极164经由互连件172、键合垫173和键合线184与第二场电压驱动器109耦接。在第二场电压驱动器109在hvt140结构内部的另一个配置中，第二场电极164经由互连件172与第二场电压驱动器109耦接。

hvt140的源极节点154与lvt110的漏极节点122耦接。源极节点154耦接到hvt140内的互连件178，以到达与hvt140接合的键合垫179，然而漏极节点122耦接到lvt110内的互连件135，用于到达与lvt110接合的键合垫136。反过来，键合垫179和键合垫136经由键合线181和键合线185以及可选的振铃抑制器191彼此耦接。在替换性实施方式中，当很少量的振铃发生在源极节点154和漏极节点122之间时，可去除振铃抑制器191。

lvt110的控制栅极128耦接到lvt110内的互连件133，用于到达与lvt110接合的键合垫134。键合垫134耦接到低压(lv)栅极驱动器105。控制栅极128被配置为从lv栅极驱动器105接收lv栅极电压，用于建立限定在漏极区域116和源极区域114之间的反向n沟道。lv栅极驱动器105可设置在结构(例如，ic管芯)的外部或内部，lvt110形成在该结构内。在lv栅极驱动器105在lvt110结构内部的配置中，控制栅极128经由互连件133与lv栅极驱动器105耦接。

lvt110的源极节点124经由互连件131和用于与lvt110接合的键合垫132与低压源108耦接。互连件131设置在lvt110内，然而键合垫132设置在lvt110外部。因此，键合垫132的寄生负载高于互连件131的寄生负载。在替换性实施方式中，源极节点124可在内部连接到第一衬底112，并且反过来，第一衬底112、键合线188、键合线186和键合线187以及低压源108都电连接到公共衬底102。在如图1中所示的级联配置中，hvt140的控制栅极156(和辅助场板158)与lvt140的源极节点124共享低压源108。有效地，hvt140的控制栅极156经由键合垫键合线187、键合垫132和互连件131与lvt110的源极节点124耦接。

为了使与控制栅极156、漏极节点152和源极节点154相关联的电容最小化，这些电极的对应的互连件(例如，174、172、178)、键合垫(例如，175、171、179)，以及键合线(例如，184、181)与第一场电极162和第二场电极164结构隔离并且电隔离。因此，第一场电极162和第二场电极164的相应的互连件(例如，176、172)、键合垫(例如，177、173)、键合线(例如，182、184)和振铃抑制器(例如，192、194)同样与控制栅极156、漏极节点152和源极节点154隔离。由此，第一场电极162和第二场电极164的相应的互连件(例如，176、172)、键合垫(例如，177、173)、键合线(例如，182、184)和振铃抑制器(例如，192、194)与控制栅极156、漏极节点152和源极节点154的互连件(例如，174、172、178)、键合垫(例如。175、171、179)和键合线(例如，184、181)分离，并且不与控制栅极156、漏极节点152和源极节点154的互连件(例如，174、172、178)、键合垫(例如，175、171、179)和键合线(例如，184、181)接触。

虽然图1示出lvt110和hvt140经由一个或多个键合线和键合垫彼此耦接，但是lvt110和hvt140可使用其他手段彼此耦接。例如，在一个替换性实施方式中，可使用倒装芯片配置形成hvd100。lvt110可形成在公共硅衬底的第一侧上，然而hvt140可形成在公共硅衬底的与第一侧相对的第二侧上。lvt110可使用硅通孔和互连线与hvt140耦接。振铃抑制器可包括lvt110和hvt140形成在其中的相同管芯内。

图2示出根据示例实施例的方面的形成在单个衬底210上的示例高压器件200的横截面视图。高压器件(hvd)200类似于如图1中所示和所描述的hvd100。例如，hvd200包括lvt110和hvt140，lvt110和hvt140两者都以基本上与hvd100中的相同的方式构造和配置。hvd200还包括与hvd100中的相同的外部电源(例如，106和108)和驱动器(例如，103、105、106和107)。hvd200是其中hvt140和lvt110形成在代替如图1中所示的两个单独衬底(例如，112和142)的单个硅衬底210上的hvd100的集成版本。特别地，lvt110形成在占据公共硅衬底210的lvt区域202的第一衬底上，然而hvt140形成在占据公共硅衬底210的hvt区域(或当hvt110是hemt时的hemt区域)204的第二衬底上。lvt区域202与hvt区域204分离且不同，使得这两个区域不重叠。

因为lvt110和hvt140形成在单个集成电路管芯制备在其中的相同衬底210上，lvt110和hvt140之间的连接不涉及如图1所示的任何键合垫和键合线。hvt140的源极节点154经由互连件232与lvt110的漏极节点122耦接。第一场电极162经由互连件236与源极节点124耦接。第二场电极164经由互连件238与源极节点124耦接。控制栅极156和辅助场板158经由互连件234与源极电极124耦接。那样，第一场电极162、第二电极164、控制栅极156和源极节点124共享用于访问低压源108的单个键合垫132。在替换性实施方式中，lvt110的源极124可内部连接到衬底210，并且低压源108可连接到公共衬底210的背侧。虽然图2没有示出振铃抑制器，但是如图1所示的振铃抑制器(例如，194、192和193)可作为选项添加到互连线234、互连线236和互连线238。当与hvd100比较时，hvd200在具有更复杂制备工艺的潜在折衷情况下尺寸更紧凑。

图3a示出根据若干模拟结果的比较常规高压器件和所公开的高压器件之间的接通性能的时序图。所公开的高压器件包括如图1所示和所描述的hvd100。常规高压器件可为包括不具有所隔离的场电极的hemt的高压器件。由此，常规高压器件的所有异质结调节电荷传播装置连接到hemt的控制栅极。与hvd100的电荷传播装置(例如，第一场电极162和第二场电极164)不同，常规高压器件的电荷传播装置与控制栅极接触，并且因此与控制栅极共享电荷。作为结果，常规高压器件的电荷传播装置增加控制栅极相关的电容，这有助于在切换期间的更大的切换时间和更大的功率损耗。

波形302描绘了在接通转变期间常规高压器件的瞬态vds电压。波形304描绘在接通转变期间所公开的高压器件的瞬态vds电压(即，hvd100的漏极节点152和源极节点124之间的电势差)。将波形302与波形304比较，所公开的高压器件的接通转变显著快于常规高压器件。用波形302和波形304证实，波形306描绘常规高压器件的瞬态电流id，并且波形308描绘所公开的高压器件的瞬态电流id。将波形306与波形308比较，在接通转变期间，公开的高压器件的瞬态电流id比常规高压器件更快地达到其饱和水平。

图3b示出根据若干模拟结果的比较常规高压器件和所公开的高压器件之间的关断性能的时序图。所公开的高压器件包括如图1所示和所描述的hvd100。常规高压器件可为包括不具有所隔离的场电极的hemt的高压器件。于是，常规高压器件的所有异质结调节电荷传播装置连接到hemt的控制栅极。与hvd100的电荷传播装置(例如，第一场电极162和第二场电极164)不同，常规高压器件的电荷传播装置与控制栅极接触，并且因此与控制栅极共享电荷。作为结果，常规高压器件的电荷传播装置增加控制栅极相关的电容，这有助于在切换期间的更大的切换时间和更大的功率损耗。

波形312描绘在关断转变期间常规高压器件的瞬态vds电压。波形314描绘在关断转变期间所公开的高压器件的瞬态vds电压(例如，hvd100的漏极节点152和源极节点124之间的电势差)。将波形312与波形314比较，所公开的高压器件的关断转变显著快于常规高压器件。用波形312和波形314证实，波形316描绘常规高压器件的瞬态电流id，并且波形318描绘所公开的高压器件的瞬态电流id。将波形316与波形318比较，在关断转变期间，所公开的高压器件的瞬态电流id以比常规高压器件更快的速率被切断。

图4示出根据如图3a和图3b中描述的模拟结果的将常规高压器件和所公开的高压器件之间的切换功率损耗进行比较的时序图。虚线波形401表示为常规高压器件和所公开的高压器件两者共用的瞬态漏源电压(vds)(例如，hvd100的节点171和节点132之间的电压)。当虚线波形401从高水平转变为低水平时，这两个器件被配置为接通。相比之下，当虚线波形402从低水平转变到高水平时，这两个器件被配置为关断。

波形402描绘在若干切换周期期间常规高压器件的功率消耗。波形404描绘在相同切换周期期间的所公开的高压器件的功率消耗。将波形402与波形404比较，所公开的高压器件在每个切换转变(即，接通转变和关断转变)期间承受比常规高压器件显著更少的功率损耗。这是由于所公开的高压器件具有更快的切换时间且消耗更少量的切换电流(例如，图3a和图3b)的事实。

由此，示例实施例包括具有低功率损耗和高切换效率的高压开关。示例实施例包括与用于将低压晶体管(例如，硅基场效应晶体管)适于高压应用的多电极控制结构有关的系统和技术。所公开的多电极控制结构具有比其常规对应系统更快的接通时间和关断时间。作为结果，所公开的多电极控制结构可在切换周期期间以较少的功率损耗在高压下操作。

在一种实施方式中，高电子迁移率晶体管(hemt)结构包括衬底、二维电子气(2deg)层、源极节点、控制栅极和场电极。衬底可为2deg层设置在其上面的硅层。2deg层具有第一端和第二端，第一端和第二端延伸跨过hemt结构的沟道区域。hemt结构的漏极节点被设置在2deg层的第一端上面。对应的源极节点设置在2deg层的第二端上面，以与漏极节点在2deg层的第一端和第二端之间限定沟道。由此，源极节点与漏极节点建立漏源电容(cds)。hemt结构的控制栅极设置在沟道上面，并且hemt结构的控制栅极被配置为响应于栅源电压沿着沟道使电荷迁移。控制栅极与源极节点建立栅源电容(cgs)；并且控制栅极与漏极节点建立栅漏电容(cgd)。hemt结构的场电极被设置在沟道上面，并且hemt结构的场电极被配置为响应于场电压传播迁移的电荷。场电极被构造和布线以防止与漏极节点、源极节点和控制栅极中的任一个共享电荷。例如，场电极与控制栅极、漏极节点和源极节点结构隔离并且电隔离。有利地，场电极被构造和布线以维持电容cds、cgd和cgs，使得hemt结构可以较少的功率损耗和更健壮的性能进行切换。

在另一种实施方式中，高压开关包括与hvt形成级联结构的高压晶体管(hvt)和低压晶体管(lvt)。hvt包括被配置为接收高压源的漏极节点，以及被配置为与漏极节点限定高压沟道的源极节点。hvt还包括被定位在漏极节点和源极节点之间的控制栅极，使得控制栅极被配置为调节沟道。hvt还包括设置在沟道上面的场电极。虽然场电极还被配置为调节沟道，但是场电极与控制栅极隔离。由此，场电极被构造和布线以防止与漏极节点、源极节点或控制栅极中的任一个共享电荷。有利地，高压开关可以很少的功率损耗和很短的切换时间在高压下操作。

在另一种实施方式中，高压器件包括与高电子迁移率晶体管(hemt)形成级联配置的低压晶体管(lvt)。lvt形成在第一衬底上，并且lvt具有第一漏极节点、第一控制栅极和第一源极节点。hemt形成在第二衬底上，第二衬底可为与第一衬底物理分离的衬底或为与第一衬底共享公共衬底的区域。hemt包括二维电子气(2deg)层、第二漏极节点、第二源极节点、第二控制栅极和场电极。2deg层被设置在第二衬底上面。第二漏极节点设置在2deg层上面，并且被配置为接收高压源。第二源极节点被设置在2deg层上面，并且第二源极节点与lvt的第一漏极节点连接。第二控制栅极被设置在2deg层上面，并且第二控制栅极被配置为调节由第二漏极节点、第二源极节点和2deg层联合限定的沟道。场电极被设置在沟道上面，并且场电极被配置为沿着沟道分配电荷。因为场电极在由第二衬底限定的区域上方不与第二控制栅极、第二漏极节点和第二源极节点接触，所以场电极没有以附加电容负载使第二控制栅极负担承载。有利地，高压器件可以很少的功率损耗和很短的切换时间在高压下进行切换。

可在电子电路、计算机硬件、固件、软件或在电子电路、计算机硬件、固件、软件的组合(诸如本说明书中公开的结构装置及其结构等同物)中实施包括本说明书中描述的功能操作的所描述的系统和技术，电子电路、计算机硬件、固件、软件或在电子电路、计算机硬件、固件、软件的组合(诸如本说明书中公开的结构装置及其结构等同物)潜在地包括可操作用于引起一个或多个数据处理仪器实行所描述的方法和/或操作的程序(诸如在计算机可读介质中编码的程序，计算机可读介质可为存储器设备、存储设备、机器可读存储基板或其它物理机器可读介质，或它们中的一个或多个的组合)。

如果器件包括可被启用、激活或供电以实行某些功能的有形非暂时性部件，则器件被“配置为”实行某些功能。在描述器件时，术语“配置为”不需要设备在任何给定时间点都是可配置的。

即使在本说明书中在单独实施例的上下文中描述某些特征，也可在单个实施例中组合实施这些特征。相反，即使在单个实施例的上下文中描述各种特征，也可分别在多个实施例中或在任何合适的子组合中实施这些特征。而且，即使上面特征被描述为以某些组合起作用，这些特征中的一个或多个也可(在至少一些情况下)从组合中删除，并且组合可被划分为子组合或其变型。

类似地，在附图中以特定次序描绘操作，但是可以不同次序或非顺序地实行此类操作，并且该操作中的一个或多个可为可选的。例如，多任务和并行处理可为有利的。而且，即使在一些实施例中各种系统部件分离的，在其他实施例中，这些部件也可为整体化的。