本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种基于gan技术的驱动电源。
背景技术：
随着目前开关电源对于体积的要求、功率密度和尺寸的要求越来越高，以硅(si)为技术的产品在这个趋势下劣势尽显。但随着半导体技术的发展，第三代半导体技术目前已经越来越成熟，与以前使用的硅(si)晶体管相比，基于氮化镓(gan)的开关功率晶体管可以在高电压下工作，具有更高的性能和更低的损耗。gan能够在高频条件下工作并保持高性能和高效率。gan器件采用了适于现有si制造流程的gan-on-si工艺。由于gan器件在相同电流能力下的体积要小得多。因此，与si等效材料相比，gan晶体管具有更优秀的成本效益，这将使得gan器件的应用从大型工业设备到小型化的手持设备都具有吸引力。高性能电源设计不仅要求更高的工作频率，并同时实现精确的开关特性，而gan技术巨大的优势正在推动着高效电源转换时代的来临。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够提高产品转换效率的驱动电源。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于gan技术的驱动电源，包括gan晶体管，所述gan晶体管包括背板金属层，在所述背板金属层表面上依次层叠设有衬底和外延层，所述外延层中形成有两个以上外延扩散区，所述外延扩散区在所述外延层中呈阵列排布；
所述外延扩散区包括两个源极蚀刻区和扩散区，所述扩散区设置在两个所述源极蚀刻区之间且所述扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在所述隔离区的外围设有掺质区。
本实用新型的有益效果在于：
通过将扩散区设置在两个源极蚀刻区之间且扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在隔离区的外围设置掺质区，能够提高集电极和基极的击穿电压(用bvceo表示)，同时对漏源导通电阻不会产生影响；通过对驱动电源内部的gan晶体管结构的改进，降低了gan晶体管的输出的结电容，结电容的降低使得驱动电源的导通和关断损耗和gan晶体管的栅电容均随之减低，这样能够使得电容的充电时间变短，从而提高了gan晶体管的开关速度；对于频率固定的电源来说，能够有效地降低其内部的gan晶体管的导通及关断损耗，有利于提高整个驱动电源系统的效率，从而实现转换效率高的驱动电源。
附图说明
图1为根据本实用新型的一种基于gan技术的驱动电源的gan晶体管的结构示意图；
图2为根据本实用新型的一种基于gan技术的驱动电源的驱动电路的电路结构图；
标号说明：
1、背板金属层；2、衬底；3、外延层；4、源极蚀刻区；5、扩散区；6、掺质区；7、栅极氧化层；8、多晶硅栅极层；9、蒸汽氧化层；10、铝层。
具体实施方式
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，本实用新型提供的技术方案：
一种基于gan技术的驱动电源，包括gan晶体管，所述gan晶体管包括背板金属层，在所述背板金属层表面上依次层叠设有衬底和外延层，所述外延层中形成有两个以上外延扩散区，所述外延扩散区在所述外延层中呈阵列排布；
所述外延扩散区包括两个源极蚀刻区和扩散区，所述扩散区设置在两个所述源极蚀刻区之间且所述扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在所述隔离区的外围设有掺质区。
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：
通过将扩散区设置在两个源极蚀刻区之间且扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在隔离区的外围设置掺质区，能够提高集电极和基极的击穿电压(用bvceo表示)，同时对漏源导通电阻不会产生影响；通过对驱动电源内部的gan晶体管结构的改进，降低了gan晶体管的输出的结电容，结电容的降低使得驱动电源的导通和关断损耗和gan晶体管的栅电容均随之减低，这样能够使得电容的充电时间变短，从而提高了gan晶体管的开关速度；对于频率固定的电源来说，能够有效地降低其内部的gan晶体管的导通及关断损耗，有利于提高整个驱动电源系统的效率，从而实现转换效率高的驱动电源。
进一步的，所述掺质区的掺质浓度为1*1016bar/cm3。
由上述描述可知，将掺质区的掺质浓度设为1*1016bar/cm3，能够使得掺质区一侧的耗尽区大大扩展，同时把峰值电场由靠近器件表面向器件内部深入的区域移动了，从而使得pn结两侧都能承受较大的电压。
进一步的，所述掺质区的掺质类型为p-型，所述扩散区的掺质类型为p ，所述源极蚀刻区的掺质类型为n 。
进一步的，所述掺质区与所述扩散区的掺质浓度比为1.5：1。
由上述描述可知，将掺质区与扩散区的掺质浓度比为1.5：1，能够使得掺质区一侧的耗尽区大大扩展，同时把峰值电场由靠近器件表面向器件内部深入的区域移动了，从而使得pn结两侧都能承受较大的电压，有利于驱动电源转换效率的提高。
进一步的，所述掺质区的厚度为0.5-2μm。
由上述描述可知，将掺质区的厚度设置为0.5-2μm，能够进一步有效地降低其内部的gan晶体管的导通及关断损耗，有利于提高整个驱动电源系统的效率，从而实现转换效率高的驱动电源。
进一步的，所述衬底的材质为蓝宝石材料。
从上述描述可知，由于蓝宝石材料具有良好的热导率，衬底的材质采用蓝宝石材料，在提高转换效率的同时解决gan晶体管散热的问题，无需额外增加散热片。
进一步的，还包括驱动电路，所述驱动电路与所述gan晶体管电连接；
所述驱动电路包括电阻r1、电阻r2、三极管q1和三极管q2，所述电阻r1的一端分别与所述电阻r2的一端、三极管q1的基极和三极管q2的基极电连接，所述电阻r1的另一端分别与所述三极管q1的发射极和三极管q2的发射极电连接，所述三极管q1的集电极接电源，所述三极管q2的集电极与所述电阻r2的另一端电连接且所述三极管q2的集电极和电阻r2的另一端均接地。
从上述描述可知，驱动电路接芯片的驱动信号输出引脚，输入驱动信号drv_b(驱动能力很弱)通过一个图腾柱输出电路，从三极管的发射极公共端出来得到驱动能力(带载能力)大大增强的信号drv_g；从能量的角度来讲，弱能量的信号drv_b通过三极管q1和三极管q2的作用，从电源取电(获取能量)，从而变成了携带高能量的信号drv_g；在这个能量传递的过程中，三极管q1和三极管q2分别交替工作在截至和饱和状态；通过将gan晶体管与驱动电路电连接能够增大gan晶体管的驱动电流，从而驱动gan晶体管加速关断，降低gan晶体管导通及关断的损耗。
进一步的，所述外延层远离所述背板金属层的一侧面上设有栅极氧化层，在所述gan晶体管的水平方向上，所述栅极氧化层位于两个相邻的外延扩散区之间，在所述栅极氧化层远离所述背板金属层的一侧面上依次层叠设有多晶硅栅极层、蒸汽氧化层和铝层，所述蒸汽氧化层分别与所述外延扩散区和栅极氧化层接触。
进一步的，所述蒸汽氧化层的掺质类型为p-。
请参照图1和图2，本实用新型的实施例一为：
请参照图1，一种基于gan技术的驱动电源，包括gan晶体管，所述gan晶体管包括背板金属层1，在所述背板金属层1表面上依次层叠设有衬底2和外延层3，所述外延层3中形成有两个以上外延扩散区5，所述外延扩散区5在所述外延层3中呈阵列排布；
所述外延扩散区5包括两个源极蚀刻区4和扩散区5，所述扩散区5设置在两个所述源极蚀刻区4之间且所述扩散区5分别与两个所述源极蚀刻区4接触形成一个隔离区，在所述隔离区的外围设有掺质区6。
所述掺质区6的掺质浓度为1*1016bar/cm3。
所述掺质区6的掺质类型为p-型，所述扩散区5的掺质类型为p ，所述源极蚀刻区4的掺质类型为n ，所述扩散区5的掺质浓度为1*1019bar/cm3，所述源极蚀刻区4的掺质浓度为1*1017bar/cm3。
所述掺质区6与所述扩散区5的掺质浓度比为1.5：1，所述掺质区6的掺质浓度大于所述扩散区5的掺质浓度。
所述掺质区6的厚度为0.5-2μm，优选为1.75μm。
所述衬底2的材质为蓝宝石材料。
上述驱动电源还包括驱动电路，所述驱动电路与所述gan晶体管电连接；
请参照图2，所述驱动电路包括电阻r1、电阻r2、三极管q1和三极管q2，所述电阻r1的一端分别与所述电阻r2的一端、三极管q1的基极和三极管q2的基极电连接，所述电阻r1的另一端分别与所述三极管q1的发射极和三极管q2的发射极电连接，所述三极管q1的集电极接电源，所述三极管q2的集电极与所述电阻r2的另一端电连接且所述三极管q2的集电极和电阻r2的另一端均接地。
驱动电路的电阻r1的一端和电阻r2的一端接控制芯片的驱动信号的输出引脚，三极管q1和三极管q2的公共发射极与所述gan晶体管电连接，设置所述驱动电路的目的是为了提高控制芯片的驱动电流。一般地，控制芯片的的驱动电路大概在600ma～800ma，但是为了加快gan晶体管的开关速度，需要更大的驱动电流，通过本方案设计的驱动电路与gan晶体管电连接可以将驱动电流放大到1.2a以上。
上述驱动电路的具体工作过程如下：
本实施例以方波波形为例，1代表高电平，0代表零电平，-1代表负电平；vb表示三极管q1和三极管q2的公共基极电压，vqn_c表示三极管q1的集电极电压，vqn_be表示三极管q1基极-发射极电压，vqp_be表示三极管q2基极-发射极电压；
当输入驱动信号drv_b＝1，则vb＝1，vqn_be＝1，由于三极管q1两端有一个电源(vcc)电压，即vqn_ce＝1，所以，三极管q1饱和导通，三极管q1电流主要由集电极流向发射极，drv_g＝1，这时与驱动电路电连接的gan晶体管的结电容迅速充电；(此时三极管q1饱和导通，能量由vcc提供，驱动能力大大增强。)
当输入电压为低电平drv_b＝0，则vb＝0，vqp_be＝-1，由于gan晶体管上的结电容存在电压，即vqp_ec＝1，所以，三极管q2饱和导通，三极管q2电流主要由发射极流向集电极，drv_g＝0；这时与驱动电路电连接的gan晶体管的结电容迅速放电；(此时三极管q2饱和导通，gan晶体管放电速度加快。)
而驱动电路中的电阻r1是为了产品在空载或轻载时，电流不经过三极管，直接通过电阻来驱动，以保证开关驱动电压能够驱动gan晶体管，在满载情况下，直接通过gan晶体管来控制。
gan晶体管的导通或关断的公式如下：
p导通＝1/2*vds*ip1*t1*fs；
p关断＝1/2*vds*ip2*t2*fs；
所述外延层3远离所述背板金属层1的一侧面上设有栅极氧化层7，在所述gan晶体管的水平方向上，所述栅极氧化层7位于两个相邻的外延扩散区5之间，在所述栅极氧化层7远离所述背板金属层1的一侧面上依次层叠设有多晶硅栅极层8、蒸汽氧化层9和铝层10，所述蒸汽氧化层9分别与所述外延扩散区5和栅极氧化层7接触。
所述蒸汽氧化层9的掺质类型为p-，所述蒸汽氧化层9的掺质浓度为1*1016bar/cm3。
综上所述，本实用新型提供的一种基于gan技术的驱动电源，通过将扩散区设置在两个源极蚀刻区之间且扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在隔离区的外围设置掺质区，能够提高集电极和基极的击穿电压(用bvceo表示)，同时对漏源导通电阻不会产生影响；通过对驱动电源内部的gan晶体管结构的改进，降低了gan晶体管的输出的结电容，结电容的降低使得驱动电源的导通和关断损耗和gan晶体管的栅电容均随之减低，这样能够使得电容的充电时间变短，从而提高了gan晶体管的开关速度；对于频率固定的电源来说，能够有效地降低其内部的gan晶体管的导通及关断损耗，有利于提高整个驱动电源系统的效率，从而实现转换效率高的驱动电源。
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。
1.一种基于gan技术的驱动电源，其特征在于，包括gan晶体管，所述gan晶体管包括背板金属层，在所述背板金属层表面上依次层叠设有衬底和外延层，所述外延层中形成有两个以上外延扩散区，所述外延扩散区在所述外延层中呈阵列排布；
所述外延扩散区包括两个源极蚀刻区和扩散区，所述扩散区设置在两个所述源极蚀刻区之间且所述扩散区分别与两个所述源极蚀刻区接触形成一个隔离区，在所述隔离区的外围设有掺质区。
2.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述掺质区的掺质浓度为1*1016bar/cm3。
3.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述掺质区的掺质类型为p-型，所述扩散区的掺质类型为p ，所述源极蚀刻区的掺质类型为n 。
4.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述掺质区与所述扩散区的掺质浓度比为1.5：1。
5.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述掺质区的厚度为0.5-2μm。
6.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述衬底的材质为蓝宝石材料。
7.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，还包括驱动电路，所述驱动电路与所述gan晶体管电连接；
所述驱动电路包括电阻r1、电阻r2、三极管q1和三极管q2，所述电阻r1的一端分别与所述电阻r2的一端、三极管q1的基极和三极管q2的基极电连接，所述电阻r1的另一端分别与所述三极管q1的发射极和三极管q2的发射极电连接，所述三极管q1的集电极接电源，所述三极管q2的集电极与所述电阻r2的另一端电连接且所述三极管q2的集电极和电阻r2的另一端均接地。
8.根据权利要求1所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述外延层远离所述背板金属层的一侧面上设有栅极氧化层，在所述gan晶体管的水平方向上，所述栅极氧化层位于两个相邻的外延扩散区之间，在所述栅极氧化层远离所述背板金属层的一侧面上依次层叠设有多晶硅栅极层、蒸汽氧化层和铝层，所述蒸汽氧化层分别与所述外延扩散区和栅极氧化层接触。
9.根据权利要求8所述的基于gan技术的驱动电源，其特征在于，所述蒸汽氧化层的掺质类型为p-。
技术总结