可縮放電流感測晶體管的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本申請涉及主晶體管電流感測，特別是用于鏡像流過主晶體管的電流的可縮放電流感測晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]某些常規(guī)主晶體管可以通過選擇性地控制晶體管的不同有源區(qū)來按需求對輸出功率進行縮放。例如，可以將主晶體管細分成有源區(qū)的兩個或更多區(qū)段。包括在特定區(qū)段中的主晶體管單元的柵極被連接到相同柵極電極。同樣地，為主晶體管提供了多于一個柵極電極并且那些柵極電極中的每一個對應于主晶體管的不同有源區(qū)?？梢越?jīng)由用于該區(qū)段的對應柵極電極來單獨地控制主晶體管的每個區(qū)段。此類布置有效地允許有按需求的可編程芯片尺寸。隨著負載需求改變，芯片的有效尺寸也通過單獨地控制主晶體管的不同有源區(qū)而如此改變。
[0003]上文解釋的按需求可編程芯片尺寸方法存在的一個問題是流過主晶體管的電流的準確感測變得更加復雜。感測晶體管通常被與主晶體管并聯(lián)地耦合并且被單個柵極信號控制以便鏡像流過主晶體管的電流。諸如運算放大器之類的電流感測電路均衡感測和主晶體管的公共感測節(jié)點(例如nMOS晶體管的情況下的源極和pMOS晶體管的情況下的漏極)處的電壓，并且輸出對應于由感測晶體管鏡像的電流的電流估計。然而，主晶體管的導通電阻(Ron)根據(jù)主晶體管的哪些有源區(qū)導通和哪些有源區(qū)關(guān)斷而明顯變化。結(jié)果，主晶體管的Ron隨著負載需求改變而變化。
[0004]為了實現(xiàn)主晶體管中的常規(guī)感測晶體管，具有上文解釋的按需求可編程芯片尺寸方法的芯片要求根據(jù)主晶體管的哪些有源區(qū)導通和哪些有源區(qū)關(guān)斷的電流感測電路的電流感測輸出的縮放。換言之，感測晶體管的導通電阻與主晶體管的導通電阻的比取決于主晶體管的哪些柵極是有源的和哪些柵極不是有源的。常規(guī)解決方案是基于主晶體管的操作模式來調(diào)整電流感測電路的增益。然而，這種方法要求電流感測輸出的運行時縮放，這增加系統(tǒng)的復雜性和成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)半導體器件的實施例，該半導體器件包括主晶體管和感測晶體管。主晶體管被設置在半導體主體中并且包括多個區(qū)段，該多個區(qū)段經(jīng)由設置在半導體主體之上的分離柵極電極而單獨可控制。感測晶體管被設置在與主晶體管相同的半導體主體中，并且包括與主晶體管相同數(shù)目的單獨可控制區(qū)段。感測晶體管的每個單獨可控制區(qū)段被配置成鏡像流過主晶體管的單獨可控制區(qū)段中的一個的電流，并且被連接到與主晶體管的單獨可控制區(qū)段相同的柵極電極。
[0006]根據(jù)半導體器件的實施例，該半導體器件包括主晶體管和感測晶體管。主晶體管被設置在半導體主體中并且包括多個區(qū)段，該多個區(qū)段經(jīng)由設置在半導體主體之上的分離柵極電極而單獨可控制。感測晶體管被設置在與主晶體管相同的半導體主體中，并且包括與主晶體管相同數(shù)目的單獨可控制區(qū)段。感測晶體管被配置成以相同的比例鏡像流過主晶體管的總電流，不管經(jīng)由相應柵極電極而被激活的主晶體管的單獨可控制區(qū)段的數(shù)目。
[0007]根據(jù)電子電路的實施例，該電子電路包括主晶體管、感測晶體管和電流感測電路。主晶體管被設置在半導體主體中并且包括多個區(qū)段，該多個區(qū)段經(jīng)由設置在半導體主體之上的分離柵極電極而單獨可控制。感測晶體管被設置在與主晶體管相同的半導體主體中，并且包括與主晶體管相同數(shù)目的單獨可控制區(qū)段。感測晶體管被配置成以相同的比例鏡像流過主晶體管的總電流，不管經(jīng)由相應柵極電極而被激活的主晶體管的單獨可控制區(qū)段的數(shù)目。電流感測電路被配置成感測流過主晶體管的總電流以及在主晶體管和感測晶體管的公共節(jié)點處被感測晶體管鏡像的電流。電流感測電路還被配置成均衡主晶體管和感測晶體管的公共節(jié)點處的電壓，并且輸出表示由感測晶體管鏡像的電流的電流感測信號。
[0008]本領域的技術(shù)人員在閱讀以下詳細描述時以及在查看附圖時將意識到附加特征和優(yōu)點。
【附圖說明】
[0009]繪圖的元件相對于彼此不一定成比例。相同的參考數(shù)字指定對應的類似部分。可以將各種所圖示的實施例的特征組合，除非它們彼此排斥。在繪圖中描繪實施例并且在隨后的描述中詳述。
[0010]圖1圖示包括設置在與主晶體管相同的半導體主體中的感測晶體管的半導體器件的部分的自上而下平面視圖。
[0011]圖2圖示沿著圖1中的標記為A-A’的線的感測晶體管的一個單元的截面視圖。
[0012]圖3圖示根據(jù)另一實施例的包括設置在與主晶體管相同的半導體主體中的感測晶體管的半導體器件的部分的自上而下平面視圖。
[0013]圖4圖示根據(jù)又一實施例的包括設置在與主晶體管相同的半導體主體中的感測晶體管的半導體器件的部分的自上而下平面視圖。
[0014]圖5至7圖示耦合到設置在與主晶體管相同的半導體主體中的感測晶體管的電流感測電路的不同實施例。
【具體實施方式】
[0015]本文描述的實施例提供設置在與主晶體管相同的半導體主體中并且具有與主晶體管相同數(shù)目的單獨可控制區(qū)段的感測晶體管。主晶體管可以是任何類型的晶體管，諸如但不限于功率晶體管、RF晶體管、小信號晶體管、SMPS(切換模式電源)晶體管等。感測晶體管被配置成以相同的比例鏡像流過主晶體管的總電流，不管經(jīng)由相應柵極電極被激活的主晶體管的單獨可控制區(qū)段的數(shù)目。這樣，感測晶體管的導通電阻(R0n_sense)與主晶體管的導通電阻(Ron_main)的比(Ron_sense/Ron_main)甚至隨著主晶體管的有效有源面積響應于負載需求改變而保持相對恒定。此外，不一定需要根據(jù)主晶體管的操作模式來調(diào)整耦合到感測晶體管的電流感測電路的增益以保持相對恒定的Ron_sense/Ron_main。替代地，按比例并且結(jié)合主晶體管的有源區(qū)的數(shù)目來調(diào)整感測晶體管的有源區(qū)的數(shù)目。有效地，主晶體管和感測晶體管兩者的芯片尺寸可按需求調(diào)整以保持相對恒定的Ron_sense/Ron_main，即使當主晶體管的有源區(qū)的數(shù)目響應于負載需求而改變時。
[0016]圖1圖示包括設置在與主晶體管相同的半導體主體中的感測晶體管的半導體器件的部分的自上而下平面視圖。接下來在硅技術(shù)的背景下解釋晶體管的構(gòu)造，然而，可以使用允許將晶體管分段成單獨可控制區(qū)段的任何半導體技術(shù)。例如，在諸如GaN之類的II1-氮化物技術(shù)的情況下，晶體管溝道由二維空穴或電子氣形成，與要求足夠柵極偏壓用于吸引電子或空穴以形成(或中斷)漏極與源極之間的雙向溝道的硅技術(shù)相對。可以使用諸如GaAs、SiC等之類的其它半導體技術(shù)。在每種情況下，可以將半導體器件的主晶體管和感測晶體管每個分段成經(jīng)由分離柵極電極而單獨可控制的區(qū)段。
[0017]—般地，主晶體管被設置在半導體主體100中并且包括多個區(qū)段，該多個區(qū)段經(jīng)由設置在半導體主體100之上的分離柵極電極102、104單獨可控制。在圖1的自上而下平面視圖中為了便于圖示而未示出將柵極電極102、104從下層半導體主體100隔離的(一個或多個)電介質(zhì)層，但其在圖2的對應截面視圖中可見。在圖1中示出主晶體管的兩個單獨可控制區(qū)段。第一區(qū)段包括在圖1中標記為‘PowerFETl (功率FET1)’的主晶體管柵極106，并且第二區(qū)段包括標記為‘PowerFET2(功率FET2)’的主晶體管柵極108。一般地，主晶體管可以包括兩個或更多區(qū)段，該兩個或更多區(qū)段經(jīng)由分離柵極電極102、104單獨可控制。
[0018]通過改變經(jīng)由對應柵極電極102、104而被激活的主晶體管區(qū)段的數(shù)目來調(diào)整由主晶體管輸出的電流的量。例如，可以經(jīng)由被連接到設置在第一區(qū)段(即包括在圖1中標記為‘PowerFETl’的柵極106的區(qū)段)中的柵極106的柵極電極102來激活主晶體管的第一區(qū)段?？梢酝ㄟ^經(jīng)由被連接到設置在第二區(qū)段(即包括在圖1中標記為‘PowerFET2’的柵極108的區(qū)段)中的柵極108的柵極電極104來激活主晶體管的第二區(qū)段而增加輸出電流等等。在任何實例被激活的主晶體管區(qū)段的數(shù)目取決于負載需求。
[0019]感測晶體管鏡像流過主晶體管的電流，并且被設置在與主晶體管相同的半導體主體100中。感測晶體管包括與主晶體管相同數(shù)目的單獨可控制區(qū)段。如先前在本文中解釋的，