开关电路、半导体开关装置及方法制造方法及图纸

在一个实施例中，开关电路包括高电压耗尽型晶体管，其具有第一泄漏电流并且以级联布置可操作地连接到具有第二泄漏电流的低电压增强型晶体管。该第二泄漏电流大于该第一泄漏电流。

【技术实现步骤摘要】

技术介绍
迄今为止，在电力电子应用中使用的晶体管通常已利用硅(Si)半导体材料而被制造。针对电力应用的惯常晶体管器件包括SiSi功率MOSFETs、以及Si绝缘栅双极晶体管(IGBT)。更近来已考虑碳化硅(SiC)功率器件。诸如氮化镓(GaN)器件之类的III-N族半导体器件现在正成为携载大电流、支持高电压并提供非常低的接通电阻和快速开关时间的有吸引力的候选。
技术实现思路
在一个实施例中，一种开关电路包括具有第一泄漏电流的高电压耗尽型晶体管，其以级联布置可操作地连接到具有第二泄漏电流的低电压增强型晶体管，所述第二泄漏电流大于所述第一泄漏电流。在一个实施例中，一种方法包括调节在开关电路中的低电压增强型晶体管的泄漏电流，所述开关电路包括以级联布置可操作地连接到低电压增强型晶体管的高电压耗尽型晶体管，使得在预定温度范围以内所述低电压增强型晶体管的所述泄漏电流高于所述高电压耗尽型晶体管的泄漏电流。在一个实施例中，一种半导体开关装置包括常通半导体元件，其具有第一电流电极、第二电流电极和第一控制电极，所述常通半导体元件提供第一泄漏电流；常断半导体元件，其具有第三电流电极、第四电流电极和第二控制电极，该第三电流电极被耦合到第一控制电极并且被耦合到参考端子，并且该第四电流电极被耦合到第一电流电极，该常断半导体元件提供第二泄漏电流；以及驱动电路，其具有第五电流电极和第六电流电极，该第六电流电极被耦合到参考端子并且该第五电流电极被耦合到该第二控制电极以提供控制信号以用于将该常断半导体元件接通或关断。该第二泄漏电流比该第一泄漏电流
大。在一个实施例中，一种半导体开关装置包括常通半导体元件，其具有第一电流电极、第二电流电极和第一控制电极；常断半导体元件，其具有第三电流电极、第四电流电极和第二控制电极，该第三电流电极被耦合到第一控制电极并且被耦合到参考端子，并且该第四电流电极被耦合到第一电流电极；以及驱动电路，其具有第五电流电极和第六电流电极，该第六电流电极被耦合到参考端子并且该第五电流电极被耦合到该第二控制电极以提供控制信号以用于将该常断半导体元件接通或关断。该常通半导体元件的输出电容以及所述常断半导体元件的输出电容满足条件(COSS_Non*V_DD)/(COSS_Noff+CGS_Non)<Vbr_Noff-Vth_Non，其中COSS_Non表示所述常通半导体元件的所述输出电容，COSS_Noff表示所述常断半导体元件的所述输出电容，CGS_Non表示在所述第一控制电极与所述第一电流电极之间的电容，V_DD表示供给电压，Vbr_Noff表示所述常断半导体元件的击穿电压，并且Vth_Non表示所述常通半导体元件的阈值电压。本领域技术人员在阅读以下具体描述并且观看附图之后将认识到附加的特征和优点。附图说明附图的要素相对于彼此并不必被等比例缩放。相同的附图标记指代相对的相似部件。各种图示的实施例的特征可以被结合，除非它们彼此相斥。在附图中描绘并且在以下说明书中具体描述各实施例。图1图示了根据第一实施例的半导体开关装置的示意性电路图。图2图示了根据第二实施例的半导体开关装置的示意性电路图。图3图示了根据第三实施例的半导体开关装置的示意性电路图。图4图示了根据第四实施例的半导体开关装置的示意性电路图。图5图示了根据第五实施例的半导体开关装置的示意性电路图。具体实施方式在以下详细描述中，参考了形成其一部分的附图，并且其中通过图示的方式被示出，在具体的实施例中可以实践本专利技术。在该方面，方向性术语，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等参照被描述的(多个)附图的定向而被使用。因为各实施例的部件可以被定位处于若干不同定向，方向上的术语被用于图示的目的并且决不用于限制。要理解的是，可以利用其它实施例，并且可以做出结构或逻辑上的改变而不脱离本专利技术的范围。其下面的详细描述不应被视为具有限制意义，并且本专利技术的范围由所附权利要求限定。若干实施例将在以下进行解释。在该情况下，相同的结构特征由在图中相同或相似的附图标记所标识。在本说明书的上下文中，“横向”或“横向方向”应被理解为是指通常平行于半导体材料或半导体载体的横向程度行进的方向或程度。横向方向因而通常平行于这些表面或侧面而延伸。与此相反，术语“垂直”或“垂直方向”被理解为是指通常垂直于这些表面或侧面，因此垂直于横向方向行进的方向。因此，垂直方向在半导体材料或半导体载体的厚度方向上行进。如在本说明书中使用的，术语“耦合”和/或“电耦合”并不意味着是指元件必须直接耦合在一起——可以在“耦合”或“电耦合”元件之间设置中间元件。诸如高电压耗尽型晶体管之类的耗尽型器件具有负阈值电压，这意味着它可以在零栅极电压处传导电流。这些器件通常是接通的。诸如低电压增强型晶体管之类的增强型器件具有正阈值电压，这意味着它不能在零栅极电压处传导电流，并且通常是关断的。如在本文中使用的，“III族氮化物”指的是化合物半导体，其包括氮(N)和至少一个III族元素，包括铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)和硼(B)，并且包括但不限于任何其合金，诸如举例而言：氮化铝镓(AlxGa(1-x)N)、氮化铟镓(InyGa(1-y)N)、氮化铝铟镓(AlxInyGa(1-x-y)N)、磷砷化镓氮化物(GaAsaPbN(1-a-b))以及铝铟镓砷磷氮化物(AlxInyGa(1-x-y)AsaPbN(1-a-b))。氮化铝镓指的是由式AlxGa(1-x)N描述的合金，其中x<1。图1图示了根据第一实施例的半导体开关装置10的示意性电路图。半导体开关装置10包括常通半导体元件11，诸如耗尽型晶体管，其具有第一电流电极12、第二电流电极13以及第一控制电极14。常通半导体元件11具有第一泄漏电流。半导体开关装置10还包括常断半导体元件15，诸如增强型晶体管，其具有第三电流电极16、第四电流电极17以及第二控制电极18。第三电流电极16被连接到第一控制电极14，并且第四电流电极17被连接到第一电流电极12。常断半导体元件15具有第二泄漏电流。半导体开关装置还包括被电耦合到第二控制电极18驱动电路19，其被配置为将常断半导体元件15接通或关断。特别是，驱动电路19具有第五电流电极20和第六电流电极21。第六电流电极21被连接到参考端子，并且第五电流电极20被连接到第二控制电极18。该第二泄漏电流大于该第一泄漏电流。常通半导体元件可以包括宽带隙的半导体材料，诸如碳化硅，或者II族氮化物，诸如氮化镓或氮化铝镓。常断半导体元件可以包括第二半导体材料，其不同于用来形成常通半导体元件的半导体材料或半导体材料的类。第二半导体材料可以包括硅。常通半导体元件可以是高电子迁移率晶体管(HEMT)或者结型场效应晶体管(JFET)。常断半导体元件可以是诸如MOSFET之类的晶体管器件。该第二泄漏电流可以是该第一泄漏电流的十倍。第六电流电极21和第三电流电极16在图1中图示为被耦合到接地。然而，第六电流电极21和第三电流电极16可以被耦合到参考端子和高于0V的参考电势。参考端子可以被耦合到接地，例如在低侧开关，或者被耦合到高电势，例如在高侧开关。半导体开关装置还可以包括电阻器或MOS栅控二极管或肖特基二极管，其被并联地连接到第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开关电路，包括：高电压耗尽型晶体管，具有第一泄漏电流并且以级联布置可操作地连接到具有第二泄漏电流的低电压增强型晶体管，所述第二泄漏电流大于所述第一泄漏电流。

【技术特征摘要】
2015.02.24 US 14/629,5511.一种开关电路，包括：高电压耗尽型晶体管，具有第一泄漏电流并且以级联布置可操作地连接到具有第二泄漏电流的低电压增强型晶体管，所述第二泄漏电流大于所述第一泄漏电流。2.根据权利要求1所述的开关电路，其中所述高电压耗尽型晶体管是III族基于氮化物的高电子迁移率晶体管(HEMT)并且所述低电压增强型晶体管是MOSFET。3.根据权利要求1所述的开关电路，其中所述高电压耗尽型晶体管的输出电容以及所述低电压增强型晶体管的输出电容满足条件(COSS_Non*V_DD)/(COSS_Noff+CGS_Non)<Vbr_Noff-Vth_Non，其中COSS_Non表示所述高电压耗尽型晶体管的所述输出电容，COSS_Noff表示所述低电压增强型晶体管的所述输出电容，CGS_Non表示在所述高电压耗尽型晶体管的栅极与源极之间的电容，V_DD表示所述开关电路的供给电压，Vbr_Noff表示所述低电压增强型晶体管的击穿电压，并且Vth_Non表示所述高电压耗尽型晶体管的阈值电压。4.根据权利要求1所述的开关电路，其中电阻器和二极管之一与所述低电压增强型晶体管并联地耦合。5.一种方法，包括：调节在开关电路中的低电压增强型晶体管的泄漏电流，所述开关电路包括以级联布置可操作地连接到低电压增强型晶体管的高电压耗尽型晶体管，使得在预定温度范围以内所述低电压增强型晶体管的所述泄漏电流高于所述高电压耗尽型晶体管的泄漏电流。6.根据权利要求5所述的方法，其中调节所述低电压增强型晶体管的所述泄漏电流包括将电阻器和二极管之一与所述低电压增强型晶体管并联地耦合。7.根据权利要求5所述的方法，其中所述低电压增强型晶体管的所述泄漏电流被调节以使得在预定温度范围以内所述低电压增强
\t型晶体管的所述泄漏电流是所述高电压耗尽型晶体管的所述泄漏电流的至少十倍。8.根据权利要求5所述的方法，进一步包括：将所述低电压增强型晶体管的源极电极耦合到所述高电压耗尽型晶体管的栅极电极；将所述低电压增强型晶体管的漏极电极耦合到所述高电压耗尽型晶体管的源极电极；以及将驱动电路耦合到所述低电压增强型晶体管的栅极电极和参考端子。9.根据权利要求5所述的方法，进一步包括提供所述高电压耗尽型晶体管的输出电容以及所述低电压增强型晶体管的输出电容以使得满足条件(COSS_Non*V_DD)/(COSS_Noff+CGS_Non)<Vbr_Noff-Vth_Non，其中COSS_Non表示所述高电压耗尽型晶体管的所述输出电容，COSS_Noff表示所述低电压增强型晶体管的所述输出电容，CGS_Non表示在所述第一控制电极与所述第一电流电极之间的电容，V_DD表示所述开关电路的供给电压，Vbr_Noff表示所述低电压增强型晶体管的击穿电压，并且Vth_Non表示所述高电压耗尽型晶体管的阈值电压。10.一种半导体开关装置，包括：常通半导体元件，具有第一电流电极、第二电流电极和第一控制电极，所述常通半导体元件提供第一泄漏电流；常断半导体元件，具有第三电流电极、第四电流电极和第二控制电极，所述第三电流电极被耦合到所述第一控制电极并且被耦合到参...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·库拉托拉，O·黑伯伦，R·西明耶科，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT