半导体器件和电路保护方法技术

半导体器件包括第一晶体管和钳位电路。第一晶体管布置为根据控制信号产生输出信号。钳位电路布置为根据输入信号产生控制信号，并且布置为当输入信号超过预定的信号电平时，将控制信号钳制在预定的信号电平处。本发明专利技术实施例涉及半导体器件和电路保护方法。

Semiconductor device and circuit protection method

The semiconductor device includes a first transistor and a clamp circuit. The first transistor is arranged to generate an output signal according to the control signal. The clamping circuit is arranged to generate a control signal according to the input signal and is arranged to clamp the control signal at a predetermined signal level when the input signal exceeds a predetermined signal level. Embodiments of the present invention relate to semiconductor devices and circuit protection methods.

【技术实现步骤摘要】
半导体器件和电路保护方法
本专利技术实施例涉及半导体器件和电路保护方法。
技术介绍
功率器件用于输出高功率信号。例如，功率器件可集成在发送器中，从而用于驱动大功率传输信号。功率器件也可集成在功率转换器件中。尽管功率器件设计为处理大功率信号，仍可通过高压尖峰破坏功率器件。高压尖峰可导致功率器件中的瞬时高电流，从而击穿功率器件。
技术实现思路
根据本专利技术的一些实施例，提供了一种半导体器件，包括：第一晶体管，布置为根据控制信号产生输出信号；以及钳位电路，布置为根据输入信号产生所述控制信号，并且布置为当所述输入信号超过预定的信号电平时，将所述控制信号钳制在所述预定的信号电平处。根据本专利技术的另一实施例，还提供了一种半导体器件，包括：第一晶体管，布置为根据控制信号产生输出信号；以及第二晶体管，布置为将所述控制信号钳制在预定的信号电平处；其中，所述预定的信号电平基于所述第二晶体管的阈值电压。根据本专利技术的又一些实施例，还提供了一种电路保护方法，包括：提供第一晶体管以根据控制信号产生输出信号；提供第二晶体管以根据输入信号产生所述控制信号；当所述输入信号超过预定的信号电平时，使用所述第二晶体管将所述控制信号钳制在所述预定的信号电平处。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1是根据一些实施例的半导体器件的电路图。图2是根据一些实施例示出图1中的半导体器件的第一晶体管的栅极电流和第二晶体管的漏极电流的特性的图。图3是根据一些实施例示出图1中的半导体器件的第一晶体管的栅极电流和第二晶体管的漏极电流的特性变化的图。图4是根据一些实施例示出图1中的半导体器件的漏极电流的图。图5是根据一些实施例示出半导体器件的图。图6是根据一些实施例示出图5中的半导体器件的第一晶体管的栅极电流和第二晶体管的漏极电流的特性的图。图7是根据一些实施例示出电路保护方法的流程图。图8是根据一些实施例示出半导体器件的图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。图1是根据一些实施例的半导体器件100的电路图。半导体器件100可包括电压驱动器件。电压驱动器件可以是高压功率器件。然而，这并不是对本专利技术的限定。电压驱动器件可以是低或正常电压功率器件，例如，具有适当的电压的器件。高压功率器件可以是能够产生具有高于40V(伏特)的电压的信号的晶体管。例如，高压功率器件可以是Ⅲ族-Ⅴ族器件。Ⅲ族-Ⅴ族器件是指化合物半导体，该半导体可包括至少一个Ⅲ族元素和至少一个V族元素，诸如，但不限于，氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、氮化铟铝镓(InAlGaN)、氮化铟镓(InGaN)等。参照图1，半导体器件100包括晶体管102和钳位电路104。晶体管102布置为根据控制信号Vgs1来产生输出信号So。钳位电路104布置为根据输入信号Vi产生控制信号Vgs1，并且布置为当输入信号Vi超过预定的信号电平Vp时，将控制信号Vgs1钳制在预定的信号电平Vp处(见图2)。根据应用，当输入信号Vi高于或低于预定的信号电平Vp时，钳位电路104可将控制信号Vgs1钳制在预定的信号电平Vp。在本实施例中，钳位电路104包括第二晶体管1042。晶体管102和晶体管1042可以是Ⅲ族-V族晶体管。在一些实施例中，晶体管102是增强型高电子迁移率晶体管(E-HEMT)以及晶体管1042是耗尽型高电子迁移率晶体管(D-HEMT)。然而，这并不是对实施例的限制。晶体管的其他类型在本专利技术的范围内。在一些实施例中，晶体管1042的第一连接端子布置为接收输入信号Vi。此外，第一连接端子可以是晶体管1042的漏极端子。晶体管1042的第二连接端子布置为连接晶体管102的栅极端子以将控制信号Vgs1输出至晶体管102的栅极。此外，第二连接端子可以是晶体管1042的源极端子。晶体管102的第一连接端子布置为输出输出信号So。此外，第一连接端子可以是晶体管102的漏极端子。晶体管102的第二连接端子布置为连接至晶体管1042的栅极端子。此外，第二连接端子可以是晶体管102的源极端子。在一些实施例中，输入电路可连接至晶体管1042的漏极端子，输出或负载电路可连接至晶体管102的漏极端子，以及负载电路可连接至晶体管102的源极端子。为了简明，可省略这些电路。为了示出的目的，然而，晶体管102的源极端子连接至诸如接地电压的参考电压，以及输入信号Vi是晶体管1042的漏极端子和接地电压之间的电压。控制信号Vgs1是晶体管102的栅极端子和晶体管102的源极端子之间的电压降。在一些实施例中，晶体管1042布置为当输入信号Vi高于预定的信号电平Vp时，将控制信号Vgs1钳制在预定的信号电平Vp处。由于晶体管102是E-HEMT并且晶体管1042是D-HEMT，晶体管102和晶体管1042具有不同的阈值电压。因此，晶体管102的阈值电压Vth1不同于晶体管1042的阈值电压Vth2。在一些实施例中，场效应晶体管(FET)的阈值电压是在FET的源极端子和漏极端子创建导电路径所需要的最小的栅极至源极电压降。E-HEMT和D-HEMT的阈值电压具有不同的极性。例如，E-HEMT的阈值电压是正电压，而D-HEMT的阈值电压是负电压。因此，阈值电压Vth1是正电压，并且阈值电压Vth2是负电压。在一些实施例中，晶体管1042的源极端子和栅极端子分别连接至晶体管102的栅极端子和源极端子。有效地，晶体管102的栅极-源极端子之间的偏压与晶体管1042的栅极-源极端子之间的偏压相反。当输入信号Vi高于预定的信号电平Vp时，将晶体管102的控制信号Vgs1和栅极电流Ig分别钳制在预定的信号电平Vp和预定的电流Ip处。在一些实施例中，假设从晶体管1042的栅极端子至源极端子的电压降是Vgs2，然后可通过下面的等式(1)来表示晶体管102和晶体管1042的栅极-源极电压之间的关系。Vgs1＝-Vgs2(1)当晶体管102的栅极电流Ig等于晶体管1042的漏极电流Id时，可获得下文中的等式(2)：然后，基于等式(1)和(2)可获得等式(3)：参数A是晶体管102的增益因子，而参本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一晶体管，布置为根据控制信号产生输出信号；以及钳位电路，布置为根据输入信号产生所述控制信号，并且布置为当所述输入信号超过预定的信号电平时，将所述控制信号钳制在所述预定的信号电平处。

【技术特征摘要】
2015.12.18 US 62/269,618;2016.09.08 US 15/259,9761.一种半导体器件，包括：第一晶体管，布置为根据控制信号产生输出信号；以及钳位电路，布置为根据输入信号产生所述控制信号，并且布置为当所述输入信号超过预定的信号电平时，将所述控制信号钳制在所述预定的信号电平处。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述控制信号是所述第一晶体管的栅极端子和所述第一晶体管的源极端子之间的电压降，并且当所述输入信号高于所述预定的信号电平时，所述钳位电路布置为将所述控制信号钳制在所述预定的信号电平处。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，当所述输入信号高于所述预定的信号电平时，所述钳位电路布置为将所述第一晶体管的栅极端子上的栅极电流钳制在预定的电流处。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一晶体管具有第一阈值电压，并且所述钳位电路包括：第二晶体管，具有与所述第一阈值电压不同的第二阈值电压。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述第一阈值电压和所述第二阈值电压具有不同的极性。6.根据权利要求4所述的半导体器件，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：关文豪，姚福伟，苏如意，黄敬源，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71