DE102015103103A1 - Elektronische schaltung und verfahren zum betrieb einertransistoranordnung - Google Patents

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Oliver Häberlen
Walter Rieger
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Abstract

Eine elektronische Schaltung weist eine Transistoranordnung mit einer Vielzahl von Transistorbauelementen auf, von denen jedes einen Steuerknoten sowie eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten aufweist und deren Laststrecken parallel geschaltet sind. Die elektronische Schaltung enthält ferner eine Ansteuerschaltung, die mit dem Steuerknoten eines jeden der Vielzahl der Transistorbauelemente gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen. Ein jedes der Transistorbauelemente enthält ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Lastsignal zu empfangen, das zumindest einen Lastparameter der Transistoranordnung repräsentiert, und sie ist dazu ausgebildet, zumindest eines der Vielzahl von Transistorbauelementen basierend auf dem Lastsignal zu aktivieren oder zu deaktivieren.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft allgemein eine elektronische Schaltung, die zumindest zwei Transistorbauelemente wie beispielsweise HEMTs (High Electron Mobility Transistors) enthält, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Schaltung.
  • Transistoren werden weithin als elektronische Schalter in einer Vielzahl verschiedener elektronischer und elektrischer Anwendungen wie beispielsweise Industrieanwendungen, Automotive-Anwendungen oder Consumer-Elektronikanwendungen eingesetzt. Ein Transistor kann dadurch ein- und ausgeschaltet werden, dass an einen Steueranschluss (Gateanschluss) des Transistors ein geeignetes Ansteuersignal angelegt wird. In einem eingeschalteten Zustand ist der Transistor leitend und lässt zu, dass ein Strom durch eine Laststrecke (Drain Source-Strecke) fließt. In einem ausgeschalteten Zustand sperrt der Transistor und verhindert, dass ein Strom durch die Laststrecke fließt.
  • Wenn der Transistor als Schalter betrieben wird, treten Verluste auf. Diese Verluste beinhalten Leitungsverluste und Schaltverluste. "Leitungsverluste" sind diejenigen Verluste, die auftreten, wenn in dem Transistor ein Strom durch die Laststrecke fließt. Diese Verluste entsprechen der Energie (Leistung), die in dem Transistor dissipiert wird, wenn sich der Transistor im eingeschalteten Zustand befindet. Diese Leitungsverluste hängen im Wesentlichen vom Einschaltwiderstand (RON) des Transistors ab, welcher durch den elektrischen Widerstand der Laststrecke im eingeschalteten Zustand gegeben ist. "Schaltverluste" sind diejenigen Verluste, die beim Ein- und Ausschalten des Transistors involviert sind. Das heißt, die Schaltverluste sind im Wesentlichen durch die Energie bestimmt, die erforderlich ist, um den Schaltzustand des Transistors zu ändern.
  • Eine Ausgestaltung betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung enthält eine Transistoranordnung mit einem Transistorbauelement eines ersten Typs und wenigstens einem Transistorbauelement eines zweiten Typs, von denen jedes einen Steuerknoten aufweist, sowie eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten, und bei denen die Laststrecken parallel geschaltet sind. Die elektronische Schaltung enthält ferner eine Ansteuerschaltung, die mit dem Steuerknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ und dem Steuerknoten des Transistorbauelements vom zweiten Typ gekoppelt ist, und die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen. Von dem Transistorbauelement vom ersten Typ und dem Transistorbauelement vom zweiten Typ weist ein jedes ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke auf, sowie eine Feldplatte benachbart zum 2DEG, wobei die Feldplatte des Transistorbauelements vom ersten Typ mit dem Steuerknoten oder dem zweiten Lastknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ verbunden ist. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Lastsignal zu empfangen, das zumindest einen Lastparameter der Transistoranordnung repräsentiert, und sie ist dazu ausgebildet, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ basierend auf dem Lastsignal zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  • Eine Ausgestaltung betrifft ein Verfahren. Das Verfahren enthält das Erhalten eines Lastsignals, das zumindest einen Lastparameter einer Transistoranordnung repräsentiert, die ein Transistorbauelement eines ersten Typs und wenigstens ein Transistorbauelement eines zweiten Typs enthält; das Empfangen eines Eingangssignals durch die Ansteuerschaltung; und das Aktivieren oder Deaktivieren des wenigstens einen Transistors vom zweiten Typ basierend auf dem Lastsignal durch die Ansteuerschaltung. Von dem Transistorbauelement vom ersten Typ und dem wenigstens einen Transistorbauelement vom zweiten Typ enthält ein jedes einen Steuerknoten, eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten, ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG. Die Laststrecken des Transistorbauelements vom ersten Typ und des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ sind parallel geschaltet, und die Feldplatte des Transistorbauelements vom ersten Typ ist mit dem Steuerknoten oder dem zweiten Lastknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ verbunden.
  • Eine weitere Ausgestaltung betrifft eine elektronische Schaltung. Die elektronische Schaltung enthält eine Transistoranordnung mit einer Vielzahl von Transistorbauelementen, von denen jedes einen Steuerknoten und eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten aufweist, und bei denen die Laststrecken parallel geschaltet sind; und eine Ansteuerschaltung, die mit dem Steuerknoten eines jeden der Vielzahl von Transistorbauelementen gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen. Von der Vielzahl von Transistorbauelementen weist ein jedes ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke auf, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG. Die Ansteuerschaltung ist dazu ausgebildet, ein Lastsignal zu empfangen, das zumindest einen Lastparameter der Transistoranordnung repräsentiert, und sie ist dazu ausgebildet, zumindest eines der Vielzahl von Transistorbauelementen basierend auf dem Lastsignal zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  • Fachleute werden beim Studium der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und der Betrachtung der beigefügten Zeichnungen weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
  • Nachfolgend werden Beispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen dazu, bestimmte Prinzipien zu veranschaulichen, so dass nur die zum Verständnis dieser Prinzipien erforderlichen Aspekte dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstäblich. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, die eine Transistoranordnung eines ersten Typs und ein Transistorbauelement eines zweiten Typs enthält, sowie eine Ansteuerschaltung;
  • 2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Transistorbauelements eines ersten Typs gemäß einer Ausgestaltung;
  • 3 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Transistorbauelements eines zweiten Typs gemäß einer Ausgestaltung;
  • 4A–4B zeigen eine Draufsicht bzw. eine vertikale Querschnittsansicht eines Halbleiterkörpers, in den ein Transistorbauelement vom ersten Typ und ein Transistorbauelement vom zweiten Typ integriert sind;
  • 5 zeigt eine Ausgestaltung der Ansteuerschaltung;
  • 6 zeigt eine Ausgestaltung einer ersten Ansteuereinheit in der Ansteuerschaltung;
  • 7 zeigt eine Ausgestaltung einer zweiten Ansteuereinheit in der Ansteuerschaltung;
  • 8 veranschaulicht den Betrieb der Ansteuerschaltung basierend auf einem Lastsignal;
  • 9 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, bei der das Lastsignal basierend auf einem Laststrom der Transistoranordnung erzeugt wird;
  • 10 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, bei der das Lastsignal basierend auf einer Temperatur der Transistoranordnung erzeugt wird;
  • 11 veranschaulicht eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, bei der das Lastsignal basierend auf einer Frequenz eines Eingangssignals der Transistoranordnung erzeugt wird;
  • 12 zeigt eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, die eine Transistoranordnung mit einem Transistorbauelement eines ersten Typs und mehreren Transistorbauelementen eines zweiten Typs enthält, sowie eine Ansteuerschaltung; und
  • 13 zeigt eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, die eine Transistoranordnung mit mehreren Transistorbauelementen vom zweiten Typ enthält, sowie eine Ansteuerschaltung.
  • In der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung wird Bezug genommen auf die beigefügten Zeichnungen. Die Zeichnungen bilden einen Teil der Beschreibung und zeigen anhand von Abbildungen spezielle Ausgestaltungen, wie die Erfindung umgesetzt werden kann. Es versteht sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausgestaltungen miteinander kombiniert werden können, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • 1 zeigt eine Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung, die eine Transistoranordnung mit einem Transistorbauelement 1 eines ersten Typs und ein Transistorbauelement 2 eines zweiten Typs enthält, sowie eine Ansteuerschaltung 3, die dazu ausgebildet ist, die Transistoranordnung anzusteuern. In 1 sind das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ durch Schaltungssymbole dargestellt. Ausgestaltungen des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 ausführlicher erläutert.
  • Bezugnehmend auf 1 weist von dem Transistorbauelement 1 des ersten Typs und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ ein jedes einen Steuerknoten 13, 23 auf, sowie eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten 11, 21 und einem zweiten Lastknoten 12, 22. Die Laststrecken des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind parallel geschaltet. Das heißt, die ersten Lastknoten 11, 21 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind elektrisch verbunden, und die zweiten Lastknoten 12, 22 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind elektrisch verbunden.
  • Von dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ enthält jedes eine Feldplatte (Feldelektrode), die in dem in 1 gezeigten Ersatzschaltbild durch Schaltungsknoten 14, 24 dargestellt sind. Die Feldplatte 14 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ ist mit dem Steuerknoten 13 oder dem zweiten Lastknoten 12 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ elektrisch gekoppelt. Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung ist die Feldplatte 14 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ mit dem zweiten Lastknoten 12 verbunden. Alternativ (und in 1 nicht dargestellt) ist die Feldplatte 14 mit dem Steuerknoten 13 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ verbunden. Die Feldplatte 24 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ ist nicht dauerhaft mit einem von dem Gateknoten 23 und dem zweiten Lastknoten 22 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ gekoppelt, aber sie ist mit der Ansteuerschaltung 3 gekoppelt.
  • Die Steuerknoten 13, 23 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind mit der Ansteuerschaltung 3 gekoppelt, um von der Ansteuerschaltung 3 angesteuert zu werden. Die Ansteuerschaltung 3 ist dazu ausgebildet, die Transistoranordnung mit dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ abhängig von einem Eingangssignal Sin der Ansteuerschaltung 3 anzusteuern. Das Eingangssignal Sin bestimmt eine bestimmte Betriebsart (Betriebszustand) der Transistoranordnung. Basierend auf dem Eingangssignal Sin ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, die Transistoranordnung in einer Betriebsart "eingeschaltet" (eingeschalteter Zustand) oder einer Betriebsart "ausgeschaltet" (ausgeschalteter Zustand) zu betreiben. In der Betriebsart "eingeschaltet" ist zumindest das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ leitend (eingeschaltet). In der Betriebsart "ausgeschaltet" sperrt sowohl das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ als auch das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ (sie sind ausgeschaltet). Das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ können jeweils ein- oder ausgeschaltet werden, indem an den betreffenden Steuerknoten 13, 23 ein geeignetes Ansteuersignal angelegt wird. Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert.
  • Die elektronische Schaltung kann als elektronischer Schalter zum Schalten (Steuern) eines Laststroms IL durch eine Last Z eingesetzt werden. Hierzu kann die Transistoranordnung mit der Last Z in Reihe geschaltet werden, wobei die Reihenschaltung, die die Transistoranordnung und die Last Z enthält, zwischen erste und zweite Versorgungsknoten gekoppelt ist, um erste und zweite (positive und negative) Versorgungspotentiale V+, GND zu erhalten. Gemäß einer Ausgestaltung handelt es sich bei dem ersten Versorgungspotential V+ um ein positives Versorgungspotential, und bei dem zweiten Versorgungspotential um ein negatives Versorgungspotential oder ein Referenzpotential wie beispielsweise Masse/Erde (GND; engl.: "ground"). Genauer gesagt sind die Laststrecken des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und des wenigstens einen Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ mit der Last Z in Reihe geschaltet. Die Last Z kann jede Art von elektrischer oder elektronischer Last enthalten. Die Last Z kann sogar einen oder mehr weitere Transistoren enthalten, die zusammen mit der Transistoranordnung eine Halbbrücke bilden können. Bei der in 1 gezeigten Ausgestaltung ist die Transistoranordnung als Low-Side-Schalter zwischen die Last Z und das negative Versorgungspotential/Referenzpotential GND geschaltet. Allerdings handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel. Die Transistoranordnung könnte ebenso als High-Side-Schalter zwischen die Last Z und das positive Versorgungspotential V+ geschaltet sein.
  • Bezugnehmend auf 1 ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, ein Lastsignal SLAST zu empfangen. Das Lastsignal SLAST repräsentiert einen Lastzustand der Transistoranordnung. Die Ansteuerschaltung 3 ist dazu ausgebildet, das wenigstens eine Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ basierend auf dem Lastsignal SLAST zu aktivieren oder zu deaktivieren. Eine Betriebsart, bei der das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ aktiviert wird, wird nachfolgend als aktivierte Betriebsart bezeichnet, und eine Betriebsart, bei der das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ deaktiviert ist, wird nachfolgend als deaktivierte Betriebsart bezeichnet. In der aktivierten Betriebsart kann die Ansteuerschaltung 3 das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ synchron mit dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ ein- und ausschalten. In der deaktivierten Betriebsart lässt die Ansteuerschaltung 3 das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ unabhängig von der Betriebsart des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ ausgeschaltet.
  • Die Laststrecke eines jeden von dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ enthält ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG). Dies wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 erläutert. 2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ gemäß einer Ausgestaltung, und 3 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ gemäß einer Ausgestaltung. Das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ sind bei diesen Ausgestaltungen als HEMTs (High Electron Mobility Transistors) implementiert.
  • Bezugnehmend auf 2 weist das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ eine erste Halbleiterschicht 110 auf, sowie eine zweite Halbleiterschicht 120 auf der ersten Halbleiterschicht 110. Die erste Halbleiterschicht 110 wird nachfolgend kurz als erste Schicht 110 bezeichnet, und die zweite Halbleiterschicht 120 wird nachfolgend kurz als zweite Schicht 120 bezeichnet. Von der ersten Schicht 110 und der zweiten Schicht 120 enthält jede ein Verbindungshalbleiter-Material, wobei die Materialien der ersten Schicht 110 und die Materialien der zweiten Schicht 120 so ausgewählt sind, dass entlang einer Grenzfläche zwischen der ersten Schicht 110 und der zweiten Schicht 120 ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) vorliegt. Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist das 2DEG entlang der Grenzfläche in der ersten Schicht 110 ausgebildet. Das in der ersten Schicht 110 gebildete 2DEG ist in 2 schematisch unter Verwendung einer gestrichpunkteten Linie dargestellt. Die erste Schicht 110 wird nachfolgend auch als Kanalschicht bezeichnet, und die zweite Schicht 120 wird nachfolgend auch als Barriereschicht bezeichnet. Gemäß einer Ausgestaltung enthält die Kanalschicht 110 GaN (Galliumnitrid), und die Barriereschicht 120 enthält AlGaN (Aluminiumgalliumnitrid). GaN und AlGaN sind III-V-Halbleitermaterialien. Das Implementieren der Kanalschicht 110 derart, dass sie GaN enthält und das Implementieren der Barriereschicht 120 derart, dass sie AlGaN enthält, stellt lediglich ein Beispiel dar. Andere Kombinationen von III-V-Halbleitermaterialien können ebenso gut verwendet werden, um in der Kanalschicht 110 ein 2DEG zu bilden.
  • Bezugnehmend auf 2 kann die Halbleiteranordnung mit der Kanalschicht 110 und der Barriereschicht 120 auf einem Substrat 140 (in 2 anhand gepunkteter Linien dargestellt) angeordnet sein. Das Substrat 140 enthält beispielsweise Si (Silizium) oder SiC (Siliziumcarbid). Zwischen dem Substrat 140 und der ersten Schicht 110 kann eine Keimbildungsschicht (Saatschicht, Pufferschicht) 150 angeordnet sein. Diese Keimbildungsschicht 150 enthält gemäß einer Ausgestaltung AlN (Aluminiumnitrid).
  • Die Kanalschicht 110 und die Barriereschicht 120 bilden die Laststrecke des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ. Eine erste Elektrode 161 bildet den ersten Lastknoten 11 oder ist mit dem ersten Lastknoten 11 verbunden, und eine zweite Elektrode 162 bildet den zweiten Lastknoten oder ist mit dem zweiten Lastknoten 12 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ verbunden. Die erste Elektrode 161 und die zweite Elektrode 162 sind in einer lateralen Richtung der Halbleiteranordnung mit der Kanalschicht 110 und der Barriereschicht 120 beabstandet. Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung erstreckt sich von der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162 eine jede durch die Barriereschicht 120 zu dem 2DEG. Gemäß einer anderen Ausgestaltung (nicht gezeigt) erstreckt sich von der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162 eine jede in das 2DEG oder sogar durch das 2DEG.
  • Das 2DEG bietet einen sehr niederohmigen Pfad zwischen der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162, wenn sich das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ im eingeschalteten Zustand befindet. Das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ kann dadurch ausgeschaltet werden, dass das 2DEG zwischen der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162 unter Verwendung eines Gates 163 unterbrochen wird. Das Gate 163 ist zwischen der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162 angeordnet und von einer jeden der ersten Elektrode 161 und der zweiten Elektrode 162 beabstandet. Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist das Gate 163 von dem 2DEG beabstandet und durch die Barriereschicht 120 von dem 2DEG getrennt. Allerdings handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel. Das Garte 163 könnte sich ebenso gut in die Barriereschicht 120 hinein erstrecken. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung erstreckt sich das Gate 163 durch die Barriereschicht 120 zu dem 2DEG. Im letzten Fall kann das Halbleiterbauelement als MESFET (Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor; engl.: Metal-Semiconductor Field-Effect Transistor) bezeichnet werden. Ob es sich bei dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ um ein selbstleitendes Transistorbauelement oder ein selbstsperrendes Transistorbauelement handelt, kann durch eine geeignete Auswahl des Gates 163 festgelegt werden. Gemäß einer Ausgestaltung ist das Gate 163 derart implementiert, dass es sich bei dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ um ein selbstsperrendes Transistorbauelement handelt. In diesem Fall enthält das Gate 163 beispielsweise ein p-dotiertes Halbleitermaterial wie p-dotiertes III-V-Halbleitermaterial. Beispiele eines p-dotierten III-V-Halbleitermaterials enthalten, ohne hierauf beschränkt zu sein, p-dotiertes GaN oder p-dotiertes AlGaN. Ein derartiges p-dotiertes Halbleitermaterial ruft in der Barriereschicht 120 und den angrenzenden Gebieten der Kanalschicht 110 ein Verarmungsgebiet hervor, das das 2DEG unterbricht, wenn eine Ansteuerspannung, die zwischen den Steuerknoten 13 (der mit dem Gate 163 verbunden ist) und den ersten Lastknoten 11 angelegt wird, Null ist. Nachfolgend wird der Steuerknoten 13 als Gateknoten bezeichnet, der erste Lastknoten 11 wird als Drainknoten bezeichnet, und der zweite Lastknoten 12 wird als Sourceknoten bezeichnet. Infolgedessen wird die Ansteuerspannung als Gate-Source-Spannung des Transistorbauelements bezeichnet.
  • Das selbstsperrende Transistorbauelement 1 vom ersten Typ schaltet ein, wenn eine positive Gate-Source-Spannung angelegt wird. Die Schwellenspannung, welches die Spannung ist, bei der das Transistorbauelement anfängt zu leiten, hängt von der spezielle Art des Gates 163 ab und kann im Bereich von einigen Volt wie beispielsweise zwischen 1 V und 10 V liegen, insbesondere zwischen 1 V und 5 V.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung handelt es sich bei dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ um ein selbstleitendes Transistorbauelement. In diesem Fall leitet das Transistorbauelement, wenn die Gate-Source-Spannung höher ist als eine negative Schwellenspannung. Der Spannungspegel der Schwellenspannung hängt ab von der speziellen Art des Gates 163. Ein selbstleitendes Transistorbauelement erhält man dadurch, dass das Gate 163 mit einem Schottky-Metall implementiert wird. Beispiele eines Schottky-Metalls enthalten Nickel (Ni), Platin (Pt), eine Nickel-Platin-Legierung, Molybdän (Mo), ohne hierauf beschränkt zu sein.
  • Bezugnehmend auf 2 enthält das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ ferner eine Feldplatte (Feldelektrode) 164. Die Feldplatte 164 ist von dem 2DEG beabstandet. Bei der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist die Feldplatte 162 auf einer Passivierungsschicht 130 angeordnet, wobei die Passivierungsschicht 130 an die Barriereschicht 120 angrenzt. Das Gate 163 ist bei der vorliegenden Ausgestaltung in die Passivierungsschicht 130 eingebettet, und das Gate 163 ist bei dieser Ausgestaltung zwischen der Feldplatte 162 und dem 2DEG angeordnet. Bezugnehmend auf die obige Erläuterung ist die Feldplatte 164 entweder mit dem Sourceknoten 12 bzw. der Sourceelektrode 162 (wie gezeigt) elektrisch verbunden, oder mit dem Gateknoten 13 (nicht gezeigt). Die elektrische Verbindung kann durch eine herkömmliche Verdrahtungsanordnung bereitgestellt werden. Diese Verdrahtungsanordnung ist in 2 schematisch dargestellt. Gemäß einer anderen Ausgestaltung (in 2 anhand gestrichelter Linien dargestellt) grenzt die Feldplatte 164 an die Sourceelektrode 162 an. Die Feldplatte 162 dient auf herkömmliche Weise dazu, in der Kanalschicht 160 und der Barriereschicht 120 Spitzen eines elektrischen Feldes zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, wenn sich das Transistorbauelement im ausgeschalteten Zustand befindet.
  • 3 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ gemäß einer Ausgestaltung. Das in 3 gezeigte Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ ist ähnlich wie das in 2 gezeigte Transistorbauelement 1 vom ersten Typ implementiert und enthält eine Kanalschicht 210, eine Barriereschicht 220 auf der Kanalschicht 210, ein 2DEG in der Kanalschicht 210, ein optionales Substrat 240 und eine Keimbildungsschicht 250 zwischen dem Substrat 240 und der Kanalschicht 210. Ein Gate 263 steuert (moduliert) das 2DEG zwischen einer ersten Elektrode 261 und einer zweiten Elektrode 262. Die erste Elektrode 261 ist mit dem ersten Lastknoten 21 verbunden oder bildet den ersten Lastknoten, und die zweite Elektrode 262 ist mit dem zweiten Lastknoten verbunden oder bildet den zweiten Lastknoten 22. Das Gate 263 ist bei dieser Ausgestaltung in eine Passivierungsschicht 230 eingebettet. Die dargelegte Erläuterung des in 2 gezeigten Transistorbauelements 1 vom ersten Typ betreffend jedes dieser Bauelementmerkmale ausgenommen der Feldplatte 164 gilt für die entsprechenden Bauelementmerkmale des in 3 gezeigten Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ entsprechend.
  • Das in 3 gezeigte Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ unterscheidet sich von dem in 1 gezeigten Transistorbauelement 1 vom ersten Typ dadurch, dass die Feldplatte 264 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ weder dauerhaft mit der Sourceelektrode 261 gekoppelt ist, noch mit dem Gate 263. Die Feldplatte 264 kann über einen eigenen Knoten 24 angesteuert werden, der nachfolgend als Feldplattenknoten 24 bezeichnet wird.
  • Gemäß einer Ausgestaltung weisen das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ im Wesentlichen dieselben geometrischen Merkmale auf (das heißt, sie besitzen im Wesentlichen dieselbe Geometrie). Geometrische Bauelementmerkmale enthalten beispielsweise einen Abstand zwischen der Drainelektrode 161, 261 und der Sourceelektrode 162, 262 (Drain-Source-Abstand), einen Abstand zwischen der Sourceelektrode 162, 262 und der Gateelektrode 163, 263 (Source-Gate-Abstand), einen Abstand zwischen der Gateelektrode 163, 263 und der Drainelektrode (Gate-Drain-Abstand) 161, 261, sowie eine Überlappung der Feldelektrode 164 über die Barriereschicht 120, 220 (Barriereschicht-Überlappung) in einem Gebiet zwischen der Gateelektrode 163, 263 und der Drainelektrode 161, 261. Die "Barriereschicht-Überlappung" ist dadurch festgelegt, wie weit sich die Feldelektrode 164, 264 von der Gateelektrode 163, 263 in Richtung der Drainelektrode 161, 261 erstreckt.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung unterscheiden sich das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zumindest in einem der oben erläuterten geometrischen Bauelementmerkmale. Im Besonderen kann das Transistorbauelement vom zweiten Typ mit einem größeren Gate-Drain-Abstand implementiert werden als das Transistorbauelement vom ersten Typ. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ mit unterschiedlichen Barriereschicht-Überlappungen implementiert. Insbesondere kann sich die Feldelektrode 264 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ weiter in Richtung der Drainelektrode 261 erstrecken, als sich die Feldelektrode 164 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ in Richtung der Drainelektrode 161 erstreckt, wobei das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement vom zweiten Typ im Wesentlichen identische Source-Drain- und Gate-Drain-Abstände aufweisen können.
  • Gemäß einer Ausgestaltung sind das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ in einer gemeinsamen Halbleiteranordnung integriert. 4A zeigt eine Draufsicht auf eine derartige Halbleiteranordnung und 4B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht der Halbleiteranordnung in einer in 4A dargestellten Schnittebene A-A. Bezugnehmend auf 4A teilen sich das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ die Sourceelektrode und die Drainelektrode. Das heißt, die Drainelektrode 161 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und die Drainelektrode 261 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind durch dieselbe Elektrode gebildet, und die Sourceelektrode 162 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und die Sourceelektrode 262 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ sind durch dieselbe Elektrode gebildet. Bezugnehmend auf 4B besitzen das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ dasselbe Substrat 140, 240, dieselbe Kernbildungsschicht 150, 250, und dieselbe Kanalschicht 110, 210. Allerdings sind das 2DEG des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ und das 2DEG des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ durch ein Isolationsgebiet 170 getrennt. Dieses Isolationsgebiet kann implantierte Beschädigungsatome (engl.: "damage atoms") enthalten, die die Erzeugung eines 2DEG in den Gebieten verhindern, in die die Beschädigungsatome implantiert sind. Das Isolationsgebiet 170 könnte derart implementiert sein, dass es das 2DEG in zwei Abschnitte teilt, nämlich einen Abschnitt, der zu dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ gehört, und einen Abschnitt, der zu dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ gehört. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Isolationsschicht 170 auch in der Barriereschicht angeordnet, so dass es die Barriereschicht 120 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ von der Barriereschicht 220 des Transistorbauelements vom zweiten Typ separiert. Die beiden Transistorbauelemente können separate Passivierungsschichten 130, 230 aufweisen (wie in 4B dargestellt), oder sie können eine gemeinsame Passivierungsschicht aufweisen (nicht dargestellt). Die zur Bildung des Isolationsgebiets 170 implantierten Beschädigungsatome können zumindest einen/eines von Stickstoff (N), Helium (Hi) oder Argon (Ar) aufweisen.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung enthält das Isolationsgebiet 170 einen Graben, der durch die Barriereschichten 120, 220 und das 2DEG in die Kanalschichten 110, 210 geätzt ist und der das 2DEG in zwei Abschnitte teilt, nämlich einen Abschnitt, der zu dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ gehört, und einen Abschnitt, der zu dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ gehört. Der Graben kann mit einem elektrisch isolierenden Füllmaterial wie beispielsweise einem Oxid, einem Nitrid, einem Glas oder dergleichen gefüllt sein.
  • Der Betrieb eines Transistorbauelements von der Art des unter Bezugnahme auf 2 erläuterten Transistorbauelements 1 vom ersten Typ verursacht Verluste. Diese Verluste enthalten Leitungsverluste und Schaltverluste. Leitungsverluste sind solche Verluste, die auftreten, wenn zwischen der Drainelektrode 161 und der Sourceelektrode 162 ein Strom durch das 2DEG fließt. Diese Verluste können dadurch verringert werden, dass die Weite des 2DEG in einer Richtung senkrecht zu der in 2 gezeigten Ebene erhöht wird und/oder dass mehrere der in 2 gezeigten Transistorbauelemente parallel geschaltet werden. Schaltverluste sind solche Verluste, die in Verbindung mit dem Laden/Entladen des Gates 163 und der Feldplatte 164 auftreten, wenn das Transistorbauelement den Schaltzustand (Betriebszustand) vom eingeschalteten Zustand in den ausgeschalteten Zustand und umgekehrt ändert. Möglicherweise (bei einer gegebenen Schaltfrequenz des Transistorbauelements) steigen die Schaltverluste mit steigender Strombelastbarkeit des Transistorbauelements mit sich verringerndem Einschaltwiderstand. Die Strombelastbarkeit bestimmt den Maximalstrom, mit dem das Transistorbauelement leiten kann, ohne Gefahr zu laufen, das es zerstört wird.
  • Bei der in 1 gezeigten elektronischen Schaltung ist der Betrieb der Transistoranordnung mit dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ derart optimiert, dass die Gesamtverluste, welche die Leitungsverluste und die Schaltverluste umfassen, geringer sind als bei einem herkömmlichen Transistorbauelement, das eine Strombelastbarkeit entsprechend der Strombelastbarkeit der Transistoranordnung gemäß 1 aufweist. Dies wird nachfolgend ausführlich erläutert.
  • Bezugnehmend auf die obige Erläuterung ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ abhängig von dem Lastsignal SLAST zu aktivieren oder zu deaktivieren. 5 veranschaulicht schematisch eine Ansteuerschaltung 3, die diese Funktionalität aufweist.
  • Bezugnehmend auf 5 enthält die Ansteuerschaltung 3 eine erste Ansteuereinheit 31, die dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ abhängig von dem Eingangssignal Sin anzusteuern, sowie eine zweite Ansteuereinheit 32, die dazu ausgebildet ist, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ abhängig von dem Eingangssignal Sin sowie abhängig von einem Aktivierungssignal S32 anzusteuern. Das Aktivierungssignal S32 wird durch eine Aktivierungsschaltung 33 bereitgestellt, die das Lastsignal SLAST empfängt. Die erste Ansteuereinheit 31 ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ basierend auf dem Eingangssignal Sin ein- und auszuschalten. Das heißt, die erste Ansteuereinheit 31 schaltet das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ ein, wenn das Eingangssignal Sin einen Einschaltpegel aufweist, und sie schaltet das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ aus, wenn das Eingangssignal Sin einen von dem Eingangspegel verschiedenen Ausschaltpegel aufweist. Ein Einschaltpegel des Eingangssignals Sin signalisiert, dass die Transistoranordnung eingeschaltet werden soll, und ein Ausschaltpegel des Eingangssignals Sin signalisiert, dass die Transistoranordnung ausgeschaltet werden soll.
  • 6 veranschaulicht eine Ausgestaltung der Ansteuereinheit 31 vom ersten Typ. Diese Ansteuereinheit 31 enthält einen ersten Schalter 311, der dazu ausgebildet ist, den Gateknoten 13 mit einem Gateknoten zu verbinden, an dem ein erstes Ansteuerpotential V1 verfügbar ist, sowie einen zweiten Schalter 312, der dazu ausgebildet ist, den Gateknoten 13 mit einem Schaltungsknoten zu verbinden, an dem ein zweites Ansteuerpotential V2 verfügbar ist. Das erste Ansteuerpotential V1 ist derart gewählt, dass sich das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ im eingeschalteten Zustand befindet, wenn das erste Ansteuerpotential V1 an den Gateknoten 13 angelegt ist, und das zweite Ansteuerpotential V2 ist so ausgewählt, das sich das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ im ausgeschalteten Zustand befindet, wenn das zweite Ansteuerpotential V2 an den Gateknoten 13 angelegt ist. Eine Steuerschaltung 315 empfängt das Eingangssignal Sin und schaltet den ersten Schalter 311 ein, um das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ einzuschalten, wenn das Eingangssignal Sin einen Einschaltpegel aufweist, und sie schaltet den zweiten Schalter 312 ein, um das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ auszuschalten, wenn das Eingangssignal Sin einen Ausschaltpegel aufweist. Die Steuerschaltung 315 steuert den ersten und zweiten Schalter 311, 312 derart, dass zur selben Zeit nur einer von diesen Schaltern 311, 312 eingeschaltet ist. Optional ist eine erste Stromquelle 313 mit dem ersten Schalter 311 in Reihe geschaltet, und eine zweite Stromquelle 314 ist mit dem zweiten Schalter 312 in Reihe geschaltet. Die erste Stromquelle 313 bestimmt einen Gatestrom, welches ein Strom zu dem Gateknoten 13 ist, bei dem das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ einschaltet, und die zweite Stromquelle 314 bestimmt den Gatestrom, bei dem das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ ausschaltet. Wenn es sich bei dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ beispielsweise um ein selbstsperrendes Transistorbauelement handelt, liegt das erste Ansteuerpotential V1 um mehr als die Schwellenspannung des Transistorbauelement 1 vom ersten Typ über dem Sourcepotential (das elektrische Potential an dem Sourceknoten 12), und das zweite Ansteuerpotential V2 kann dem Sourcepotential entsprechen. Das heißt, der zweite Schalter 312 kann zwischen den Gateknoten und den Sourceknoten 12 geschaltet sein (wie in 6 anhand gestrichelter Linien dargestellt). Der erste Schalter 311 und der zweite Schalter 312 können als herkömmliche elektronische Schalter wie beispielsweise Transistoren implementiert sein.
  • 7 zeigt eine Ausgestaltung einer zweiten Ansteuereinheit 32. Entsprechend der unter Bezugnahme auf 6 erläuterten ersten Ansteuereinheit 31 enthält die zweite Ansteuereinheit 32 einen ersten Schalter 321, der zwischen den Gateknoten 23 des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ (in 7 nicht gezeigt) und einen Schaltungsknoten geschaltet ist, an dem das erste Ansteuerpotential V1 verfügbar ist, sowie einen zweiten Schalter 322, der zwischen den Gateknoten 23 und den Schaltungsknoten, an dem ein zweites Ansteuerpotential V2 verfügbar ist, geschaltet ist. Das erste Ansteuerpotential V1 ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ einzuschalten, wenn es an den Gateknoten 23 angelegt wird, und das zweite Ansteuerpotential V2 ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ auszuschalten, wenn es an den Gateknoten 23 angelegt wird. Wenn das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ als selbstsperrendes Transistorbauelement implementiert ist, kann das zweite Ansteuerpotential V2 dem Sourcepotential (das elektrische Potential am Sourceknoten 22) des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ entsprechen.
  • Die zweite Ansteuereinheit 32 enthält ferner einen dritten Schalter 326, der zwischen den Feldplattenknoten 24 und den Sourceknoten 22 geschaltet ist. Alternativ ist der dritte Schalter 326 zwischen den Feldplattenknoten 24 und den Gateknoten 23 geschaltet.
  • Eine Steuerschaltung 325 steuert den ersten Schalter 321, den zweiten Schalter 322 und den dritten Schalter 326 abhängig von dem Eingangssignal Sin und dem Aktivierungssignal S32. Zum Zweck der Erläuterung wird angenommen, dass das Aktivierungssignal S32 entweder einen Aktivierungspegel oder einen Deaktivierungspegel annehmen kann. Ein Aktivierungspegel signalisiert, dass das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ aktiviert werden soll, und ein Deaktivierungspegel signalisiert, dass das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ deaktiviert werden soll. Die Steuerschaltung 325 ist dazu ausgebildet, den dritten Schalter 326 zu schließen und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ basierend auf dem Eingangssignal Sin ein- und auszuschalten, wenn das Aktivierungssignal S32 einen Aktivierungspegel aufweist. Bei dieser Betriebsart ist die Feldplatte des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ mit dem Sourceknoten 21 verbunden, und das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ schaltet basierend auf dem Eingangssignal Sin ein und aus, so dass das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ aktiviert ist und wie das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ arbeitet. In dieser Betriebsart schaltet die Steuerschaltung 325 das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ durch Einschalten des ersten Schalters 321 ein, und es schaltet das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ durch Einschalten des zweiten Schalters 322 aus. Die Steuerschaltung 325 ist, wie die unter Bezugnahme auf die in 6 erläuterte Steuerschaltung 315, dazu ausgebildet, von dem ersten Schalter 321 und dem zweiten Schalter 322 zur gleichen Zeit nur einen einzuschalten.
  • Wenn das Aktivierungssignal S32 einen Deaktivierungspegel aufweist, ist die Steuerschaltung 325 dazu ausgebildet, den dritten Schalter 326 auszuschalten, um die Feldplatte von dem Sourceknoten 22 (oder bei der alternativen Ausgestaltung von dem Gateknoten 23) zu entkoppeln. Die Feldplatte ist in dieser Betriebsart floatend (deaktivierte Betriebsart). Ferner ist die Steuerschaltung 325 dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ durch Schließen des zweiten Schalters 322 auszuschalten.
  • Der vorangehend erläuterte Betrieb der Ansteuerschaltung 32 ist unabhängig davon, ob es sich bei dem Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und dem Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ um selbstleitende oder selbstsperrende Bauelemente handelt. Das Ansteuern eines selbstleitenden Transistors unterscheidet sich vom Ansteuern eines selbstsperrenden Transistors lediglich im Hinblick auf die Ansteuerpotentiale V1, V2.
  • 8 veranschaulicht schematisch eine Ausgestaltung des Aktivierungssignals S32 abhängig von dem Lastsignal SLAST. Lediglich zum Zweck der Erläuterung wird angenommen, dass ein niedriger Signalpegel des Aktivierungssignals S32 einen Deaktivierungspegel repräsentiert, und ein hoher Signalpegel des Aktivierungssignals S32 einen Aktivierungspegel repräsentiert. Bei der in 8 gezeigten Ausgestaltung besitzt das Aktivierungssignal S32 einen Deaktivierungspegel, wenn sich das Lastsignal SLAST unterhalb einer vorgegebenen Schwelle SLAST-TH liegt, um das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu deaktivieren, und es besitzt einen Aktivierungspegel, wenn das Lastsignal SLAST oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes SLAST-TH liegt, um das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu aktivieren. Bezugnehmend auf 5 empfängt die Aktivierungsschaltung 5 das Lastsignal SLAST. Gemäß einer Ausgestaltung erzeugt die Aktivierungsschaltung das Aktivierungssignal S32 abhängig von dem Lastsignal SLAST, wie dies unter Bezugnahme auf 8 erläutert wurde.
  • Das Lastsignal SLAST kann zumindest einen Lastparameter der Schaltungsanordnung repräsentieren. Verschiedene Ausgestaltungen dieser Lastparameter und wie diese Lastparameter gemessen werden können, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 erläutert.
  • Bezugnehmend auf 9 kann das Lastsignal SLAST einen Laststrom IL durch die Transistoranordnung repräsentieren. In diesem Fall kann das Lastsignal SLAST unter Verwendung einer Strommessschaltung 41 erhalten werden, die mit der Transistoranordnung gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, den Laststrom IL durch die Transistoranordnung zu messen. Die Strommessschaltung 41 kann einen herkömmlichen Stromsensor enthalten, der dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom zu messen und ein Messsignal mit einem Signalpegel zu erzeugen, der auf einem Strompegel des Stroms basiert. Beispiele für den Stromsensor enthalten, ohne hierauf beschränkt zu sein, einen Shunt-Widerstand, einen Hall-Effekt-Sensor oder einen induktiven Stromsensor.
  • Gemäß einer Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn das Lastsignal SLAST signalisiert, dass der Laststrom IL über einem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt. Das heißt, die Aktivierungsschaltung 5 ist dazu ausgebildet, einen Aktivierungspegel eines Aktivierungssignals S32 zu erzeugen, wenn der Laststrom IL über einem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt, und einen Deaktivierungspegel des Aktivierungssignals S32 zu erzeugen, wenn der Laststrom IL auf unter unterhalb dem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt. Bei dieser Ausgestaltung wird, bei niedrigen Lastströmen, welches Lastströme unterhalb des Stromschwellenwerts sind, nur das erste Transistorbauelement 1 Typ aktiviert, während bei hohen Lastströmen, welches Lastströme oberhalb des vorgegebenen Schwellenwertes sind, sowohl das erste Transistorbauelement 1 als auch das zweite Transistorbauelement 2 aktiviert werden.
  • Gemäß einer weiteren, in 10 gezeigten Ausgestaltung hängt das Lastsignal SLAST von einer Temperatur der Transistoranordnung ab. Bei dieser Ausgestaltung stellt ein Temperatursensor 42 das Lastsignal SLAST der Temperatur der Transistoranordnung bereit. Der Temperatursensor 42 kann (wie gezeigt) außerhalb der Ansteuerschaltung angeordnet sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung (anhand gestrichelter Linien dargestellt) ist der Temperatursensor in die Ansteuerschaltung 3 integriert. Die Ansteuerschaltung 3 kann als integrierte Schaltung implementiert sein.
  • Bei dieser Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn das Lastsignal SLAST signalisiert, dass die Temperatur der Transistoranordnung unterhalb einer vorgegebenen Temperaturschwelle liegt, und es aktiviert das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ, wenn das Lastsignal SLAST signalisiert, dass die Temperatur oberhalb des Temperaturschwellenwerts liegt.
  • Gemäß einer weiteren, in 11 gezeigten Ausgestaltung hängt das Lastsignal SLAST von einer Frequenz des Eingangssignals Sin ab. Die Frequenz des Eingangssignals Sin ist die Rate, mittels der das Eingangssignal Sin den Signalpegel vom Ausschaltpegel zum Einschaltpegel ändert. Eine Frequenzmessschaltung empfängt das Eingangssignal Sin und ist dazu ausgebildet, das Lastsignal SLAST abhängig von der gemessenen Frequenz zu erzeugen. Gemäß einer Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn das Lastsignal SLAST signalisiert, dass die Frequenz des Eingangssignals Sin oberhalb eines vorgegebenen Frequenzschwellenwertes liegt, und sie ist dazu ausgebildet, das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn das Lastsignal SLAST signalisiert, dass die Frequenz des Eingangssignals Sin, welches die Schaltfrequenz der Transistorbauelemente 1, 2 vom ersten und zweiten Typ der Transistoranordnung festlegt, ansteigt. Das Deaktivieren des Transistorbauelements 2 vom zweiten Typ in dieser Betriebsart hilft, Schaltverluste zu reduzieren.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung hängt das Lastsignal SLAST ab von zwei oder mehr von Folgendem: dem Laststrom IL, der Temperatur der Transistoranordnung, und der Frequenz des Eingangssignals Sin. Bei dieser Ausgestaltung wird eine gewichtete Summe von zwei oder mehr dieser Parameter berechnet, um das Lastsignal SLAST zu erhalten, wobei positive Gewichtungsfaktoren verwendet werden können, um den Laststrom IL und die Temperatur zu berücksichtigen, und ein negativer Gewichtungsfaktor kann verwendet werden, um die Schaltfrequenz zu berücksichtigen. Wie bei den vorangehend erläuterten Ausgestaltungen wird das Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ deaktiviert, wenn das Lastsignal SLAST unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts liegt, und es wird aktiviert, wenn das Lastsignal SLAST oberhalb des vorgegebenen Schwellenwerts liegt.
  • Bei den vorangehend erläuterten Ausgestaltungen enthält die Transistoranordnung ein Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und ein Transistorbauelement 2 vom zweiten Typ. Allerdings handelt es sich hierbei lediglich um ein Beispiel. Die Transistoranordnung kann ebenso mit zwei oder mehr Transistorbauelementen vom zweiten Typ implementiert sein. 12 zeigt eine Ausgestaltung einer Transistoranordnung, die ein Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und zwei Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ aufweist. Das Transistorbauelement 1 vom ersten Typ und die Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ sind mit ihren Laststrecken parallel geschaltet. Im Fall des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ befindet sich die Laststrecke zwischen dem Drainknoten 11 und dem Sourceknoten 12. Im Fall der Transistorbauelemente vom zweiten Typ befinden sich die Laststrecken zwischen Drainknoten 11 1–11 n und Sourceknoten 12 1–12 n.
  • Der Feldplattenknoten 14 des Transistorbauelements 1 vom ersten Typ ist entweder mit dem Sourceknoten 12 gekoppelt (wie gezeigt) oder mit dem Gateknoten 13 (nicht gezeigt). Die Feldplattenknoten 24 1, 24 n und die Gateknoten 23 1, 23 n der Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ werden durch eine Ansteuerschaltung 3 gesteuert. Bei dieser Ausgestaltung ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, die Anzahl der Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ auszuwählen, die basierend auf dem Lastsignal SLAST aktiviert werden. Beispielsweise in dem Fall, in dem die Transistoranordnung zwei Transistorbauelemente 2 1–21 vom zweiten Typ enthält, ist die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet, beide Transistorbauelemente vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn das Lastsignal SLAST unterhalb eines ersten vorgegebenen Schwellenwerts liegt, und sie ist dazu ausgebildet, nur eines der beiden Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn das Lastsignal SLAST zwischen dem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert liegt, der höher ist als der erste Schwellenwert, und sie ist dazu ausgebildet, von den Transistorbauelementen 2 1, 2 n vom zweiten Typ beide zu aktivieren, wenn das Lastsignal SLAST oberhalb des zweiten Schwellenwerts liegt. Entsprechend können mehr als zwei Schwellenwerte festgelegt werden, wenn die Transistoranordnung mehr als zwei Transistorbauelemente 2 1, 2 n vom zweiten Typ enthält.
  • Im Fall, dass die Transistorbauelemente 2 1, 2 n vom zweiten Typ unterschiedliche Strombelastbarkeiten aufweisen, kann die Ansteuerschaltung 3 dazu ausgebildet sein, nicht nur die Anzahl der Transistorbauelemente vom zweiten Typ auszuwählen, die abhängig von dem Lastsignal SLAST aktiviert werden, sondern sie kann auch dazu ausgebildet sein, abhängig von dem Lastsignal SLAST auszuwählen, welches der Transistorbauelemente vom zweiten Typ zu aktivieren ist.
  • 13 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer elektronischen Schaltung. Bei dieser elektronischen Schaltung enthält die Transistoranordnung nur Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ. Diese Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ sind mit ihren Laststrecken parallel geschaltet. Die Feldplattenknoten 24 1–24 n und die Gateknoten 23 1–23 n dieser Transistorbauelemente 2 vom zweiten Typ werden durch die Ansteuerschaltung 3 angesteuert. Bei dieser Ausgestaltung wählt die Ansteuerschaltung 3 basierend auf dem Lastsignal SLAST die Anzahl der Transistorbauelemente vom zweiten Typ aus, die zu aktivieren sind, wobei jeweils wenigstens eines der Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ aktiviert wird. Die Transistorbauelemente 2 1–2 n vom zweiten Typ können wie vorangehend unter Bezugnahme der 7 erläutert aktiviert und deaktiviert werden.
  • Im Folgenden wird die Gruppe des Transistorbauelements / der Transistorbauelemente vom zweiten Typ, das/die in einem Ansteuerzyklus aktiviert wird/werden, als aktivierte Gruppe bezeichnet. Die Anzahl von zweiten Transistorbauelementen dieser aktivierten Gruppe hängt ab vom Lastsignal SLAST. Während die Anzahl zweiter Transistorbauelemente der aktivierten Gruppe unverändert bleiben kann, so lange das Lastsignal SLAST einen bestimmten Lastzustand signalisiert, können sich die Mitglieder (die zweiten Transistorbauelemente) der Gruppe mit jedem Schaltzyklus oder alle paar Schaltzyklen ändern. Ein Schaltzyklus enthält eine Dauer, in der das betreffende Transistorbauelement eingeschaltet ist, und eine Dauer, in der das betreffende Bauelement ausgeschaltet ist. Eine Änderung der Zusammensetzung der aktivierten Gruppe kann helfen, Leistungsverluste gleichmäßiger auf die einzelnen Transistorbauelemente zu verteilen.
  • Es ist zu erwähnen, dass die unter Bezugnahme auf eine bestimmte Figur erläuterten Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in den Fällen, in denen dies nicht ausdrücklich erwähnt wurde. Weiterhin können die Verfahren der Erfindung entweder vollständig durch Softwareimplementierungen unter Verwendung geeigneter Prozessoranweisungen erreicht werden, oder, um dieselben Ergebnisse zu erzielen, durch Hybridimplementierungen, die eine Kombination von Hardwarelogik und Softwarelogik verwenden.

Claims (31)

  1. Elektronische Schaltung, die aufweist: eine Transistoranordnung mit einem Transistorbauelement eines ersten Typs und wenigstens einem Transistorbauelement eines zweiten Typs, von denen jedes einen Steuerknoten aufweist, sowie eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten, und bei denen die Laststrecken parallel geschaltet sind; und eine Ansteuerschaltung, die mit dem Steuerknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ und dem Steuerknoten des Transistorbauelements vom zweiten Typ gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, wobei von dem Transistorbauelement vom ersten Typ und dem Transistorbauelement vom zweiten Typ ein jedes ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke aufweist, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG, wobei die Feldplatte des Transistorbauelements vom ersten Typ mit dem Steuerknoten oder dem zweiten Lastknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ verbunden ist, und wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, ein Lastsignal zu empfangen, das zumindest einen Lastparameter der Transistoranordnung repräsentiert, und die ist dazu ausgebildet, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ basierend auf dem Lastsignal zu aktivieren oder zu deaktivieren.
  2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der das Transistorbauelement vom ersten Typ und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ in einen gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind.
  3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, bei der das 2DEG des Transistorbauelements vom ersten Typ durch ein Isolationsgebiet vom 2DEG des Transistorbauelements vom zweiten Typ isoliert ist.
  4. Elektronische Schaltung nach Anspruch 3, bei der das Isolationsgebiet ein beschädigtes Kristallgebiet aufweist.
  5. Elektronische Schaltung nach Anspruch 3, bei der das Isolationsgebiet einen Graben aufweist, der sich durch das 2DEG erstreckt.
  6. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ dadurch zu deaktivieren, dass sie die Feldplatte des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ derart ansteuert, dass sie floatend ist, sowie dadurch, dass sie den Steuerknoten des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ derart ansteuert, dass sich das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ in einem ausgeschalteten Zustand befindet.
  7. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ dadurch zu aktivieren, dass sie die Feldplatte des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ mit dem zweiten Lastknoten oder dem Steuerknoten des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ verbindet, sowie dadurch, dass sie den Steuerknoten des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ abhängig von dem Eingangssignal ansteuert.
  8. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, den Steuerknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ abhängig von dem Eingangssignal anzusteuern.
  9. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der wenigstens eine Lastparameter ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem Strompegel eines Laststroms durch die Transistoranordnung; einer Temperatur der Transistoranordnung; und einer Schaltfrequenz des Eingangssignals.
  10. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn ein Strompegel des Laststroms über einem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt, und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn der Strompegel des Laststroms auf oder unter dem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt.
  11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn ein Temperaturpegel der Temperatur über einem vorgegebenen Temperaturschwellenwert liegt, und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn der Temperaturpegel der Temperatur unter dem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt.
  12. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu aktivieren, wenn die Schaltfrequenz unter einem vorgegebenen Frequenzschwellenwert liegt, und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ zu deaktivieren, wenn die Schaltfrequenz über dem vorgegebenen Frequenzschwellenwert liegt.
  13. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der das Lastsignal zwei oder mehr unterschiedliche Lastparameter repräsentiert.
  14. Verfahren, das aufweist: Erhalten eines Lastsignals, das zumindest einen Lastparameter einer Transistoranordnung repräsentiert, die ein Transistorbauelement eines ersten Typs und wenigstens ein Transistorbauelement eines zweiten Typs enthält; Empfangen eines Eingangssignals durch eine Ansteuerschaltung; und Aktivieren oder Deaktivieren des wenigstens einen Transistors vom zweiten Typ durch die Ansteuerschaltung basierend auf dem Lastsignal, wobei von dem Transistorbauelement vom ersten Typ und dem wenigstens einen Transistorbauelement vom zweiten Typ enthält ein jedes einen Steuerknoten, eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten, ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG aufweist, wobei die Laststrecken des Transistorbauelements vom ersten Typ und des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ parallel geschaltet sind, und wobei die Feldplatte des Transistorbauelements vom ersten Typ mit dem Steuerknoten oder dem zweiten Lastknoten des Transistorbauelements vom ersten Typ verbunden ist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das Transistorbauelement vom ersten Typ und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ in einen gemeinsamen Halbleiterkörper integriert sind.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem das 2DEG des Transistorbauelements vom ersten Typ durch ein Isolationsgebiet vom 2DEG des Transistorbauelements vom zweiten Typ isoliert ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Isolationsgebiet ein beschädigtes Kristallgebiet aufweist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Isolationsgebiet einen Graben aufweist, der sich durch das 2DEG erstreckt.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–18, bei dem das Transistorbauelement vom ersten Typ und das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ im Wesentlichen identische geometrische Bauelementmerkmale aufweisen.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–19, bei dem sich das Transistorbauelement vom ersten Typ und das wenigstens einem Transistorbauelement vom zweiten Typ in wenigstens eine Bauelementmerkmal ausgewählt aus der folgenden Gruppe unterscheiden: Drain-Source-Abstand; Source-Gate-Abstand; Gate-Drain-Abstand; Barriereschicht-Überlappung.
  21. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das wenigstens eine zweite Transistorbauelement vom zweiten Typ einen größeren Gate-Drain-Abstand aufweist als das Transistorbauelement vom ersten Typ.
  22. Verfahren nach Anspruch 20, bei dem das Transistorbauelement vom ersten Typ und das wenigstens eine zweite Transistorbauelement vom zweiten Typ unterschiedliche Barriereschicht-Überlappungen aufweisen.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–22, bei dem das Deaktivieren des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ aufweist: Ansteuern der Feldplatte des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ derart, dass sie floatend ist; und Ansteuern des Steuerknotens des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ derart, dass sich das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ in einem ausgeschalteten Zustand befindet.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–23, bei dem das Aktivieren des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ aufweist: Verbinden der Feldplatte des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ mit dem zweiten Lastknoten oder dem Steuerknoten des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ; und Ansteuern des Steuerknotens des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ abhängig von dem Eingangssignal.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–24, das ferner aufweist: Ansteuern des Steuerknotens des Transistorbauelements vom ersten Typ durch die Ansteuerschaltung abhängig von dem Eingangssignal.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–25, bei dem der wenigstens eine Lastparameter ausgewählt ist aus der Gruppe, die besteht aus: einem Strompegel eines Laststroms durch die Transistoranordnung; einer Temperatur der Transistoranordnung; und einer Schaltfrequenz des Eingangssignals.
  27. Verfahren nach Anspruch 26, das ferner aufweist: Aktivieren des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ, wenn ein Strompegel des Laststroms über einem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt, und Deaktivieren das wenigstens eine Transistorbauelement vom zweiten Typ, wenn der Strompegel des Laststroms auf oder unter dem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt.
  28. Verfahren nach Anspruch 26, das ferner aufweist: Aktivieren des wenigstens einen Transistorbauelement vom zweiten Typ, wenn ein Temperaturpegel der Temperatur über einem vorgegebenen Temperaturschwellenwert liegt, und Deaktivieren des wenigstens einen Transistorbauelement vom zweiten Typ, wenn der Temperaturpegel der Temperatur unter dem vorgegebenen Stromschwellenwert liegt.
  29. Verfahren nach Anspruch 26, das ferner aufweist: Aktivieren des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ, wenn die Schaltfrequenz unter einem vorgegebenen Frequenzschwellenwert liegt; und Deaktivieren des wenigstens einen Transistorbauelements vom zweiten Typ, wenn die Schaltfrequenz über dem vorgegebenen Frequenzschwellenwert liegt.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 14–29, bei dem das Lastsignal zwei oder mehr unterschiedliche Lastparameter repräsentiert.
  31. Elektronische Schaltung, die aufweist: eine Transistoranordnung mit einer Vielzahl von Transistorbauelementen, von denen jedes einen Steuerknoten und eine Laststrecke zwischen einem ersten Lastknoten und einem zweiten Lastknoten aufweist, und deren Laststrecken parallel geschaltet sind; und eine Ansteuerschaltung, die mit den Steuerknoten eines jeden der Vielzahl von Transistorbauelementen gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, ein Eingangssignal zu empfangen, wobei von der Vielzahl von Transistorbauelementen ein jedes ein zweidimensionales Elektronengas (2DEG) in der Laststrecke aufweist, sowie eine Feldplatte benachbart zu dem 2DEG, und wobei die Ansteuerschaltung dazu ausgebildet ist, ein Lastsignal zu empfangen, das zumindest einen Lastparameter der Transistoranordnung repräsentiert, und sie ist dazu ausgebildet, zumindest eines der Vielzahl von Transistorbauelementen basierend auf dem Lastsignal zu aktivieren oder zu deaktivieren.
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