一种单片集成过流检测结构的SiCMOSFET的制作方法

本发明涉及sic mosfet过流检测及保护的片上结构，具体涉及一种单片集成过流检测结构的sic mosfet。

背景技术：

1、sic mosfet器件具有高频低损耗的显著优势，在电动汽车、光伏逆变器和充电桩等领域有十分广泛的应用。在实际应用场合中，由于瞬时负载波动或负载短路等各种突发情况的存在，功率器件易出现瞬时过电流的现象。然而，sic mosfet在过电流或者短路过程中极易在芯片内部产生极高的热量积累而退化甚至失效。因此，sic mosfet通常需要快速的过流检测与保护来保障其在系统中的安全可靠工作。目前，常用的sic mosfet过流检测及保护方法包括：(1)直接采用电流探头或者同轴电阻检测漏极电流，但探头和同轴电阻的成本高昂且易损坏；(2)检测器件的饱和压降，该方法属于业界最常用的方法，但sicmosfet快速开关引起的高dv/dt易造成退饱和电路的误触发，退饱和电路中的寄生参数发生谐振也易影响过流保护触发的准确性；(3)通过监测di/dt，获取快速开关过程中器件功率源极和开尔文源极之间寄生电感上的电压变化来判断器件是否过流，但该方法在导通状态下vds检测需要一定的消隐时间以防止误触发，此外，基于di/dt的检测方法对源极寄生电感依赖性强。总的来说，当前针对sic mosfet的过流检测和保护多是采用外电路实现，在检测准确性和响应速度以及成本等多个方面不可避免存在问题，直接影响了sic mosfet器件过流检测和保护的效果。图1-3中展示了基于同轴电阻的过流检测、退饱和检测、基于di/dt的过流检测方法的sic mosfet过流检测和保护方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，通过在sic mosfet芯片内部直接集成电流检测结构，利用集成的电阻将电流转换为电压信号直接作为反馈输出，实时准确检测sic mosfet通流情况，可以实现精准监测sic mosfet电流，并实现无延迟信息反馈。并通过设计合适的电压反馈值，直接将电压信号反馈到驱动控制与保护中来，大幅简化sic mosfet过流监测电路。

2、为解决以上技术问题，本发明提供一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，包括多个串联的元胞，所述元胞包括powerfet和sensefet，所述sensefet的片上集成有过流检测结构，所述过流检测结构包括集成于片上的polysi，所述polysi具有电阻rs，所述电阻rs与所述sensefet串联，所述polysi一端与所述sensefet的源极短接，所述polysi另一端与所述powerfet的源极短接，所述rs具有电压vs，使得sensefet的电流信号转换为电压信号vs，其中，所述polysi的两端还并联有n+/p+齐纳二极管，所述n+/p+齐纳二极管具有n+型半导体和p+型半导体，所述n+型半导体和所述p+型半导体为所述元胞的基本注入形貌结构。

3、在一些实施例中优选地方案，所述powerfet和sensefet的结构完全一致。

4、在一些实施例中优选地方案，所述polysi与所述sensefet的源极短接的一端对应与所述n+/p+齐纳二极管的阴极短接，所述polysi与所述powerfet的源极短接的一端对应与所述n+/p+齐纳二极管的阳极短接。

5、在一些实施例中优选地方案，所述polysi为连续的弯曲结构，使得片上集成采样电阻rs。

6、在一些实施例中优选地方案，所述sensefet与所述powerfet的比例小于千分之一，所述powerfet用于处理主要功率，所述sensefe用于电流检测，流过所述powerfet和sensefet的电流与所述powerfet和sensefet各自所占比例成正比。

7、在一些实施例中优选地方案，所述polysi仅位于所述sensefet的元胞的结构内。

8、在一些实施例中优选地方案，所述元胞包括碳化硅外延层，所述碳化硅外延层上通过离子注入形成有p-base、p+型半导体和n+型半导体的基本注入形貌，相邻所述p-base之间形成有jfet区，所述jfet区上具有gate，所述p+型半导体和n+型半导体上具有同时欧姆接触的source。

9、在一些实施例中优选地方案，所述polysi仅位于所述sensefet的元胞的结构内的p+型半导体上。

10、在一些实施例中优选地方案，所述碳化硅外延层下方还具有衬底，所述衬底下方还具有漏极。

11、与现有技术相比，本发明的优点如下：

12、1、本发明采用单片集成的方式在sic mosfet芯片内部实现电流实时准确检测，大幅简化sic mosfet器件过流检测电路，提升检测精度和检测延时。

13、2、本发明所集成的sensefet和sic mosfet制备工艺完全兼容，不需要增加额外的工艺复杂性，且可以根据设计需要，灵活设计sensefet面积和布局等。

14、3、本发明所集成的采样电阻rs可以直接利用polysi形成，制备工艺相对简单且可行。

15、4、本发明所集成的齐纳二极管直接利用n+/p+结形成，无需增加额外的制备工艺。

16、5、本发明的单片集成结构工艺实现和sic mosfet工艺兼容性极高，实现成本低，对提升sic mosfet过流检测性能有很高的价值。

技术特征：

1.一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，包括多个串联的元胞，其特征在于，所述元胞包括powerfet和sensefet，所述sensefet的片上集成有过流检测结构，所述过流检测结构包括集成于片上的polysi，所述polysi具有电阻rs，所述电阻rs与所述sensefet串联，所述polysi一端与所述sensefet的源极短接，所述polysi另一端与所述powerfet的源极短接，所述rs具有电压vs，使得sensefet的电流信号转换为电压信号vs，其中，所述polysi的两端还并联有n+/p+齐纳二极管，所述n+/p+齐纳二极管具有n+型半导体和p+型半导体，所述n+型半导体和所述p+型半导体为所述元胞的基本注入形貌结构。

2.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述powerfet和sensefet的结构完全一致。

3.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述polysi与所述sensefet的源极短接的一端对应与所述n+/p+齐纳二极管的阴极短接，所述polysi与所述powerfet的源极短接的一端对应与所述n+/p+齐纳二极管的阳极短接。

4.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述polysi为连续的弯曲结构，使得片上集成采样电阻rs。

5.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述sensefet与所述powerfet的比例小于千分之一，所述powerfet用于处理主要功率，所述sensefe用于电流检测，流过所述powerfet和sensefet的电流与所述powerfet和sensefet各自所占比例成正比。

6.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述polysi仅位于所述sensefet的元胞的结构内。

7.根据权利要求1所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述元胞包括碳化硅外延层，所述碳化硅外延层上通过离子注入形成有p-base、p+型半导体和n+型半导体的基本注入形貌，相邻所述p-base之间形成有jfet区，所述jfet区上具有gate，所述p+型半导体和n+型半导体上具有同时欧姆接触的source。

8.根据权利要求6和7所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述polysi仅位于所述sensefet的元胞的结构内的p+型半导体上。

9.根据权利要求7所述的一种单片集成过流检测结构的sic mosfet，其特征在于，所述碳化硅外延层下方还具有衬底，所述衬底下方还具有漏极。

技术总结
本发明公开一种单片集成过流检测结构的SiC MOSFET，包括多个串联的元胞，元胞包括PowerFET和SenseFET，SenseFET的片上集成有过流检测结构，过流检测结构包括集成于片上的polySi，polySi具有电阻Rs，电阻Rs与SenseFET串联，polySi一端与SenseFET的源极短接，polySi另一端与PowerFET的源极短接，Rs具有电压Vs，使得SenseFET的电流信号转换为电压信号Vs，其中，polySi的两端还并联有N+/P+齐纳二极管，N+/P+齐纳二极管具有N+型半导体和P+型半导体，N+型半导体和P+型半导体为元胞的基本注入形貌结构，从而实现在SiC MOSFET芯片内部实现电流实时准确检测，大幅简化SiC MOSFET器件过流检测电路，提升检测精度和检测延时。

技术研发人员：许一力
受保护的技术使用者：北京清芯微储能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24