DE102015204766A1 - Funktionsfähige galliumnitrid-bauelemente - Google Patents

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Abstract

Es ist eine Leistungsschaltung beschrieben, die einen Halbleiterkörper aufweist, der ein gewöhnliches Substrat und ein Galliumnitrid-(GaN)-basiertes Substrat besitzt. Das GaN-basierte Substrat enthält eine oder mehrere GaN-Bauelemente benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats. Das gewöhnliche Substrat ist elektrisch mit einem Knoten der Leistungsschaltung gekoppelt. Der Knoten der Leistungsschaltung liegt auf einem bestimmten Potential, das gleich oder negativer ist als ein Potential an einem oder mehreren Lastanschlüssen von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft Halbleiterbauelemente, insbesondere Galliumnitrid-Halbleiterbauelemente
  • Galliumnitrid (GaN) kann als Herstellungsmaterial für Halbleiterbauelemente verwendet werden. Einer der primären Vorteile von GaN besteht darin, dass GaN eine belastungsbedingte (engl.: "strain induced"), piezoelektrische Ladung aufweist, die es ermöglicht, dass innerhalb des GaN-basierten Halbleiterbauelements Leitungskanäle (z.B. ein Gebiet mit zweidimensionalem Elektronengas (2DEG)) gebildet werden, ohne das Erfordernis, das GaN zu dotieren. Das Eliminieren des Erfordernisses, GaN zu dotieren, kann den Effekt der Störstellenstreuung des Halbleiterbauelements verringern, was es ermöglichen kann, dass sich in einen stromleitenden Kanal (z.B. einem 2DEG-Gebiet), der einen geringen Einschaltwiderstand aufweist (RDSON), Beweglichkeiten intrinsischer Ladungsträger ausbilden.
  • Allerdings kann GaN Fallen enthalten, die wegen einer mit GaN verbundenen, potentiell großen Bandlücke frei bewegliche Träger innerhalb des GaN einfangen oder anziehen und zurückbehalten kann. Diese Fallen können zu einem mit GaN-basierten Halbleiterbauelementen verbundenen ungünstigen Effekt führen, der als Stromkollaps bekannt ist, der in dem leitenden Kanal eine Verringerung der Anzahl beweglicher Träger verursacht. Ein Halbleiterbauelement kann auf einer Kombination von einem GaN-Substrat und einem gewöhnlichen Substrat bauen (z.B. einem Silizium-(Si)-Substrat, einem Siliziumcarbid-(SiC)-Substrat, oder einer ähnlichen Art von Substrat, das aus einem Material gebildet ist, das ähnliche elektrische und chemische Eigenschaften wie Si oder SiC aufweist), um das Betriebsverhalten des Halbleiterbauelements gegenüber anderen Arten von Halbleiterbauelementen zu verbessern, ohne die Kosten zu erhöhen. Allerdings können Halleiterbauelemente, die auf einer Kombination von einem GaN-Substrat und einem herkömmlichen Substrat bauen, an einem ungewöhnlich hohen Grad von Fallen kranken. Ein hoher Grad von Fallen kann das GaN-basierte Halbleiterbauelement ineffektiv und als High-Electron-Mobility-Effect-Transistoren (HEMT) nutzlos machen. Beispielsweise kann ein Stromkollaps in einem GaN-basierten Halbleiterbauelement den RDSON des GaN-basierten Halbleiterbauelements um einen Faktor von 100 erhöhen und das GaN-Halbleiterbauelement für die meisten HEMT-Anwendungen faktisch nutzlos machen.
  • Es werden allgemein Verfahren und Schaltungen beschrieben, um ein Halbleiterbauelement so zu konfigurieren, dass es ein oder mehr GaN-Bauelemente aufweist, ohne an den Effekten eines Stromkollapses zu kranken. Beispielsweise kann eine hierin beschriebene Leistungsschaltung dazu ausgebildet sein, einen Stromkollaps von einem oder mehr GaN-Bauelementen zu verringern oder zu eliminieren, indem an ein gewöhnliches Substrat ein geringes Potential angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann das niedrige Potential von der Leistungsschaltung direkt an das GaN-Bauelement angelegt werden, und das an das Substrat anzulegende geringe Potential kann der Leistungsschaltung direkt entnommen werden. Gemäß anderen Beispielen kann das geringe Potential von der Leistungsschaltung über Dioden und/oder Schalter angelegt werden.
  • Ein System kann eine Controllereinheit aufweisen, die mit einer Leistungsschaltung mit Eingangsanschlüssen zum Empfang einer Leistung von einer Leistungsquelle gekoppelt sein. Gemäß dem hierin beschriebenen Verfahren kann die Controllereinheit ein geringes Potential des Systems bestimmen und Befehle und/oder Signale an die Leistungsschaltung mit wenigstens einem Controller auszugeben, um die Dioden und/oder Schalter ein- und/oder auszusteuern, um an das gewöhnliche Substrat ein niedriges Potential anzulegen.
  • Gemäß einem Beispiel enthält eine Leistungsschaltung einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper ein gewöhnliches Substrat aufweist, sowie ein Galliumnitrid-(GaN)-basiertes Substrat, das ein oder mehr GaN-Bauelemente benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweist, wobei das gewöhnliche Substrat elektrisch mit einem Knoten der Leistungsschaltung gekoppelt ist, und wobei der Knoten auf einem bestimmten Potential liegt, das gleich oder negativer ist als das Potential an einem oder mehreren Lastanschlüssen des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente.
  • Gemäß einem anderen Beispiel weist ein Halbleiterbauelement ein gewöhnliches Substrat auf, das elektrisch mit einem Knoten einer Leistungsschaltung gekoppelt ist, und ein oder mehr Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente, wobei bei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ein GaN-Substrat benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweisen, ein Gebiet mit zweidimensionalem Elektronengas (2DEG) benachbart zu dem GaN-Substrat und entgegengesetzt der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats, eine Aluminium-Gallium-Nitrid-(AlGaN-Schicht) benachbart zu dem 2DEG-Gebiet und entgegengesetzt dem GaN-Substrat, sowie einen oder mehrere Lastanschlüsse, wobei das 2DEG-Gebiet Elektronen aufweist, die zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Potential an dem Schaltungsknoten der mit dem gewöhnlichen Substrat elektrisch gekoppelten Leistungsschaltung weg von dem GaN-Substrat hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, und wobei das bestimmte Potential gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen.
  • Gemäß einem weiteren Beispiel weist ein Verfahren das Bestimmen eines bestimmten Potentials an einem Knoten einer Leistungsschaltung auf, das gleich oder negativer ist als ein Anschlusspotential an einem oder mehreren Lastanschlüssen des einen oder der mehreren Gallium-Nitrid-(GaN)-Bauelemente, wobei von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen ein jedes auf einem oder mehreren GaN-Substraten eines Halbleiterkörpers enthalten ist, wobei der eine oder mehr GaN-Substrate zu einer Vorderseite eines gewöhnlichen Substrats des Halbleiterkörpers benachbart sind, sowie das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat des Halbleiterkörpers, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials ein Ausmaß des Stromkollapses in dem Halbleiterkörper verringert.
  • Die Einzelheiten von einem oder mehr Beispielen werden nachfolgend in den beigefügten Zeichnungen und der Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Gegenstände und Vorteile dieser Offenbarung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen erkennbar.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem zur Leistungsversorgung einer Last gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Leistungsschaltung des in 1 gezeigten Systems gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Einphasengleichrichters gemäß einem Beispiel der Leistungsschaltung gemäß 2 veranschaulicht.
  • Die 4A–4B sind konzeptionelle Diagramme, die Beispiele zwischen der Spannungsdifferenz zwischen Knoten und dem Stromfluss durch einen Halbleiterkörper einer Beispiel-Leistungsschaltung 6A veranschaulicht, wie sie in 3 gezeigt ist.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Totem-Pole-Blindleistungskompensationsstufe (engl.: "totem pole power factor correction stage") als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung gemäß 2 veranschaulicht.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Inverters als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung gemäß 2 veranschaulicht.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Dreiphasen-Vienna-Gleichrichters als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung gemäß 2 veranschaulicht.
  • Die 8A–8C sind Blockdiagramme, von denen jedes ein Beispiel eines Einphasen-Vienna-Gleichrichters als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung gemäß 2 veranschaulicht.
  • Die 9A–9C sind geschichtete Querschnittsansichten, von denen jede ein Beispiel eines Schalter-basierten Halbleiterkörpers des in 2 gezeigten Beispiel-Halbleiterkörpers veranschaulicht.
  • 10 ist eine geschichtete Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines Dioden-basierten Halbleiterkörpers des in 2 gezeigten Beispiel-Halbleiterkörpers veranschaulicht.
  • Die 11–13 sind Blockdiagramme, von denen jedes Beispiel-Halbleiterpackages veranschaulicht, die eine in 2 gezeigte Beispiel-Leistungsschaltung enthalten, gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Packages mit einer GaN-Diode und einem bidirektionalen GaN-Schalter auf einem Halbleiterkörper gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 15 ist ein Flussdiagramm, das Beispielbetriebe zur Verminderung eines Stromkollapses einer Beispiel-Leistungsschaltung gemäß einem oder mehr Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • Einige elektrische Bauelemente (z.B. Transistoren, Dioden, Schalter und dergleichen) sind Halbleiter-basiert oder, in anderen Worten, aus Halbleitermaterialien wie beispielsweise Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Galliumnitrid (GaN) und dergleichen hergestellt. Beispielsweise kann ein bidirektionaler GaN-Schalter ein oder mehrere GaN-Bauelemente (z.B. zwei GaN-Schalter) mit einer AlGaN-Schicht aufweisen und an einem Substrat und/oder einer Substratkombination wie beispielsweise einer Kombination von einem GaN-Substrat und einem Si-Substrat befestigt sein. Gemäß einigen Beispielen kann die Verwendung von mehr als einer Si-Substratschicht oder dergleichen die Gitterfehlanpassung zwischen dem GaN-Substrat und dem Si-Substrat verringern.
  • Einige Vorteile bei der Verwendung von GaN-High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) bestehen darin, dass davon ausgegangen wird, dass GaN-basierte Bauelemente einen höheren Grad an Leistungsfähigkeit bei geringeren Kosten aufweisen als andere Arten von HEMTs oder Halbleiterbauelemente ähnlichen Typs. Beispielsweise können GaN-basierte Bauelemente, anders als andere Arten von Halbleiterbauelementen, hohe Sättigungsgeschwindigkeiten (z.B. 2,5 × 107 cm/s für GaN verglichen mit Si, 1 × 107 cm/s) und eine hohe Durchbruchsfeldstärke (z.B. 5 × 106 V/cm für GaN im Vergleich mit Si, ~3 × 105 V/cm) aufweisen. GaN-basierte Bauelemente können außerdem direkte und große Bandlücken (z.B. 3,4 eV für GaN im Vergleich mit Silizium 1,1 eV) aufweisen, die einen geringeren spezifischen Einschaltwiderstand ("RDSON") und eine höhere Betriebstemperatur ermöglichen.
  • Einer der primären Vorteile von GaN besteht darin, dass GaN eine belastungsinduzierte piezoelektrische Ladung aufweist, die leitende Kanäle (z.B. ein Gebiet mit zweidimensionalem Elektronengas (2DEG)) ermöglicht, die in dem GaN-basierten Halbleiterbauelement gebildet werden sollen, ohne das Erfordernis, das GaN zu dotieren. Das Eliminieren des Erfordernisses, das GaN zu dotieren, kann den Störstellenstreueffekt des Halbleiterbauelements verringern, was es ermöglichen kann, dass sich in einem stromleitenden Kanal (z.B. einem 2DEG-Gebiet), der einen geringen Einschaltwiderstand (RDSON) aufweist, intrinsische Trägerbeweglichkeiten bilden.
  • Allerdings kann GaN Fallen enthalten, die wegen einer mit GaN verbundenen, potentiell großen Bandlücke mobile Träger innerhalb des GaN einfangen oder anziehen und zurückhalten können. Diese Fallen können zu einem mit GaN-basierten Halbleiterbauelementen verbundenen, nachteiligen Effekt führen, der als Stromkollaps bekannt ist, welcher eine Verringerung der Anzahl mobiler Träger in dem stromleitenden Kanal verursacht. Ein Halbleiterbauelement kann aus einer Kombination eines GaN-Substrats und eines gewöhnlichen Substrats (z.B. einem Silizium-(Si)-Substrat, einem Siliziumcarbid (SiC)-Substrat oder einem anderen Substrat von einem ähnlichen Typ, das aus einem Material gebildet ist, das ähnliche elektrische und chemische Eigenschaften wie Si oder SiC aufweist) bauen, um das Leistungsvermögen des Halbleiterbauelements gegenüber andern Arten von Halbleiterbauelementen zu verbessern, ohne die Kosten zu erhöhen. Allerdings können Halbleiterbauelemente, die auf einer Kombination eines GaN-Substrats und eines gewöhnlichen Substrats bauen, an einem ungewöhnlich hohen Grad an Fallen kranken. Der Besitz eines hohen Grads an Fallen kann das GaN-basierte Halbleiterbauelement ineffektiv und als High-Electron-Mobility-Effekt-Transistoren (HEMTs) nicht verwendbar machen. Beispielweise kann ein Stromkollaps in einem GaN-basierten Halbleiterbauelement den RDSON des GaN-basierten Halbleiterbauelements um einen Faktor von 100 erhöhen und das GaN-Halbleiterbauelement faktisch für die meisten HEMT-Anwendungen nutzlos machen.
  • Die Ineffektivität eines GaN-basierten Halbleiterbauelements als eine Art von HEMT kann außerdem die Verwendung einer lateralen GaN-Bauelementstruktur verhindern, die mit einem sehr hochohmigem Substrat wie beispielsweise Si-Substratschichten kombiniert werden kann, um die Integration von mehr als einem Schalter zu ermöglichen. Deshalb kann ein Stromkollaps die Integration von einem oder mehr bidirektionalen GaN-Schaltern auf einem gewöhnlichen Substrat verhindern.
  • Ein Verfahren zur Reduzierung eines Stromkollapses beinhaltet die Passivierung der oberen Oberfläche des AlGaN/GaN-Bauelements. Beispielsweise kann ein Stromkollaps dadurch verringert werden, dass die SiN-Abscheidung und die Temperaturen der nachgelagerten Wärmebehandlung (engl.: "post annealing temperatures") auf der Oberfläche des AlGaN/GaN-Bauelements erhöht werden. Andere Arten von Abscheidungen wie beispielsweise eine hydrophobe Passivierung zur Verhinderung von DC-nach-RF-Dispersion (engl.: "DC-to-RF dispersion") kann bei der Passivierung der Oberfläche des AlGaN/GaN-Bauelements verwendet werden, um einen Stromkollaps zu vermindern. Allerdings vermindert die Passivierung an der oberen Oberfläche des Bauelements nicht Schnittstellenfallen an der AlGaN-Schicht oder dem GaN-Substrat (d.h. dem GaN-Puffer).
  • Ein weiteres Verfahren zur Verminderung eines Stromkollapses enthält die Zugabe von Indiumgallium (InGaN) an den leitenden Kanal zwischen der AlGaN-Schicht und dem GaN-Substrat. Die Zugabe von InGaN an den leitenden Kanal kann die Elektronentransporteigenschaften verbessern, indem ein mit den Oberflächenzuständen verknüpfter Stromkollaps unterdrückt wird. Allerdings beinhaltet die Zugabe von InGaN das Hinzufügen von zusätzlichem Material zwischen der AlGaN-Schicht und dem GaN-Substrat, was die Kosten erhöhen kann.
  • Ein weiteres Verfahren zur Verringerung eines Stromkollapses bei AlGaN/GaN-HEMTs besteht darin, die Rückseitendotierung (d.h. Phosphor) in der Unterseite des GaN-Substrats anzupassen. Indem die Rückseite des GaN-Substrats mit Phosphor dotiert wird, kann die Energiebandstruktur gesteuert werden und es können mehr Elektronen in dem Kanal akkumuliert werden als in anderen Gebieten des Halbleiterbauelements.
  • Allgemein können Schaltungen und Verfahren dieser Offenbarung ein Halbleiterbauelement (z.B. einen "Halbleiterkörper") dazu in die Lage versetzen, dass es ein oder mehrere GaN-Bauelemente und ein "gewöhnliches" Substrat aufweist, indem ein Stromkollaps eliminiert oder zumindest vermindert wird. Die Fähigkeit des Halbleiterbauelements, ein oder mehrere GaN-Bauelemente und ein gewöhnliches Substrat aufzuweisen, wird zumindest teilweise durch eine sorgfältige Auswahl der Polarität des gewöhnlichen Substrats erreicht. Ein positives Potential auf dem gewöhnlichen Substrat relativ zu dem Source-Potential des GaN-HEMTs kann Elektronen aus dem 2DEG-Gebiet in Richtung der Rückseite des GaN-HEMTs anziehen. Unterhalb des 2DEG-Gebiets fangen die Fallen, die in dem GaN-Substrat vorliegen (hauptsächlich Kohlenstoff), diese entkommenen Elektronen ein. Da Kohlenstofffallen innerhalb der Bandlücke des GaN-Substrats lokalisiert sind, fängt das GaN-Substrat die entkommenen Elektronen während des Betriebs bei Raumtemperatur wirkungsvoll ein.
  • Gemäß einigen Beispielen kann sich die Polarität eines GaN-Bauelements häufig ändern, was nachfolgend in 3 beschrieben ist. Beispielsweise kann keiner der Leistungsanschlüsse eines GaN-Bauelements, das als bidirektionaler Schalter arbeitet, allgemein ein niedriges Potential über den Betrieb des GaN-Bauelements hinweg bereitstellen, wenn das GaN-Bauelement als bidirektionaler Schalter ausgebildet ist. Stattdessen kann sich, gemäß einigen Beispielen, das einzige niedrige Potential, das einem derartigen GaN-Bauelement kontinuierlich zur Verfügung steht, an einem Eingangsanschluss oder an einem Ausgangsanschluss der Leistungsschaltung verfügbar sein, in der das GaN-Bauelement eingesetzt wird.
  • Gemäß einigen Beispielen kann ein Halbleiterkörper einer Leistungsschaltung mit einem oder mehreren zusätzlichen Schaltern der Leistungsschaltung integriert werden. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Schalter können ein niedriges Potential (z.B. ein Potential V–) an einem Knoten der Leistungsschaltung hervorrufen, das über den Betrieb des Halbleiterkörpers hinweg an die Rückseite des gewöhnlichen Substrats des Halbleiterkörpers anzulegen ist. In anderen Worten können der eine oder die mehreren zusätzlichen Schalter ein Potential V– an einem Knoten der Leistungsschaltung, der dem Halbleiterkörper zur Verfügung steht, elektrisch mit der Rückseite des gewöhnlichen Substrats der Halbleiterkörperstruktur koppeln, um Elektronen aus dem 2DEG-Gebiet des GaN-Bauelements und zu dem Übergang zwischen der GaN-Schicht und der AlGaN-Schicht schieben. Indem die Elektronen hin zu dem Übergang geschoben werden, können die Elektronen aufgrund der Barriere an dem Hetero-Übergang der AlGaN- und des GaN-Substrats daran gehindert werden, aus dem 2DEG-Gebiet auszutreten. Diese Barriere stellt eine physikalische Barriere für die Elektronen hin zu der AlGaN-Schicht an der Oberseite des 2DEGs dar, was von dem Wesen des Hetero-Übergangs herrührt. Allerdings gibt es keine Barriere hin zu dem GaN-Substrat, sondern lediglich eine Vorspannung (engl.: "biasing"), die als Krümmung des Valenz- und Leitungsbandes erkennbar ist. Die Schaltungen und Verfahren dieser Offenbarung können ein Halbleiterbauelement (z.B. einen GaN-HEMT) bereitstellen, der als Ergebnis davon, dass er ein gewöhnliches Substrat aufweist, das mit einem niedrigen Potential gekoppelt bleibt, weniger anfällig für einen Stromkollaps ist. Ein bestimmtes Potential, das an das gewöhnliche Substrat angelegt wird, sollte entweder negativer als das oder höchstens gleich dem geringsten Potential sein, das zu jeder Zeit während des Betriebs der Schaltung an den Lastanschlüssen auftritt. Gemäß einigen Beispielen können die Lastanschlüsse eine(s) von einem Source-Anschluss, einem Drain-Anschluss, einer Kathoden-Elektrode oder einer Anoden Elektrode sein. Gemäß noch anderen Beispielen weist der Halbleiter durch das Anlegen des bestimmten Potentials, das gleich oder negativer ist als die Lastanschlüsse, die richtige Vorspannung (engl.: "biasing") der Leitungsbänder auf, was die Elektronen innerhalb des 2DEG-Gebiets hält. Auf diese Weise können die Verfahren und Schaltungen ein Halbleiterbauelement bereitstellen, das ein oder mehrere GaN-Bauelemente (z.B. bidirektionale Schalter und dergleichen) aufweist, sowie ein einzelnes, gewöhnliches Substrat, das in einer Leistungsschaltung arbeiten kann, ohne an einem Stromkollaps zu kranken, und demzufolge die Herstellungskosten senken und die physikalische Größe verringern kann, und das den Wirkungsgrad der Halbleiterbauelemente gegenüber anderen Arten von Halbleiterbauelementen erhöht.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem 1 zur Leistungsversorgung einer Last 4 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei dem Beispiel gemäß 1 weist das System 1 mehrere separate, eigenständige Komponenten auf, die als Leistungsquelle 2, Leistungsschaltung 6, Last 4 und Controllereinheit 5 gezeigt sind, allerdings kann das System 1 zusätzliche oder weniger Komponenten enthalten. Beispielsweise kann es sich bei der Leistungsquelle 2, der Leistungsschaltung 6, der Last 4 und der Controllereinheit 5 um vier individuelle Komponenten handeln, oder sie können eine Kombination von einer oder mehreren Komponenten repräsentieren, die die Funktionalität des Systems 1 wie hierin beschrieben bereitstellen.
  • Das System 1 enthält eine Leistungsquelle 2, die dem System 1 elektrische Energie in Form von Leistung zur Verfügung stellt. Es existieren zahlreiche Beispiele der Leistungsquelle 2 und sie können Leistungsgitter, Generatoren, Leistungswandler, Batterien, Solarpanels, Windmühlen, degenerative Bremssysteme, hydroelektrische Generatoren oder jede andere Art von elektrischen Leistungsbauelementen enthalten, die dazu in der Lage sind, dem System 1 elektrische Leistung zur Verfügung zu stellen, allerdings sind sie nicht hierauf beschränkt.
  • Das System 1 enthält eine Leistungsschaltung 6, die als zwischengeschaltetes Gerät arbeitet, um den Fluss von elektrischer Energie zu steuern, die von der Leistungsquelle 2, welche verwendet wird, um die Last 4 mit Leistung zu versorgen, bereitgestellt wird. Beispielweise kann es sich bei der Leistungsschaltung 6 um einen einzigen Schalter handeln, oder es kann sich um eine Vielzahl von Schaltern handeln, um den Fluss von elektrischer Energie von der Quelle 2 zu der Last 4 einzuschalten und/oder auszuschalten. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei den Schaltern um bidirektionale (z.B. "bilaterale") Schalter und/oder Dioden handeln.
  • Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei der Leistungsschaltung 6 um einen schalterbasierten Leistungswandler handeln, der elektrische Energie, die von einer Leistungsquelle 2 bereitgestellt wird, in eine verwendbare Form von elektrischer Leistung für die Last 4 wandelt. Beispielsweise kann es sich bei der Leistungsschaltung 6 um einen AC-nach-DC-Wandler handeln, der Leistung mit einer gleichgerichteten DC-Spannung aus einer AC-Spannung ausgibt, die an einen Eingang des AC-nach-DC-Wandlers empfangen wird. Ein Beispiel eines derartigen AC-nach-DC-Wandlers kann als Gleichrichter bezeichnet werden. Gemäß einigen Beispielen kann der Gleichrichter eine Halbbrückenkonfiguration oder eine Vollbrückenkonfiguration aufweisen. Gemäß anderen Beispielen kann der Gleichrichter Schalter wie beispielsweise bidirektionale Schalter aufweisen, und Dioden. Die Leistungsschaltung 6 kann stattdessen einen DC-nach-AC-Wandler aufweisen, der dazu ausgebildet ist, Leistung mit einer AC-Spannung aus einer DC-Spannung auszugeben, die an einem Eingang des DC-nach-AC-Wandlers empfangen wird. Ein Beispiel eines derartigen DC-nach-AC-Wandlers kann als Inverter bezeichnet werden. Gemäß einigen Beispielen kann der Inverter vier Schalter wie beispielsweise bidirektionale Schalter in einer H-Brücken-Konfiguration verwenden, um die DC-Spannung in eine AC-Spannung zu wandeln. Gemäß noch anderen Beispielen kann es sich bei der Leistungsschaltung 6 um einen DC-nach-DC-Wandler handeln, der dazu in der Lage ist, Leistung mit einer DC-Spannung auszugeben, die höher oder geringer ist als eine DC-Eingangsspannung. Beispiele einer Leistungsschaltung 6 können Batterieladegeräte, Mikroprozessor-Leistungsversorgungen und dergleichen enthalten. Das System 1 enthält eine Last 4, die die von der Leistungsschaltung 6 gewandelte elektrische Leistung (z.B. eine Spannung, ein Strom, etc.) empfängt und gemäß einigen Beispielen die elektrische Leistung dazu verwendet, eine Funktion zu vollziehen. Es existieren zahlreiche Beispiele der Last 4 und sie können Rechengeräte und zugehörige Komponenten wie beispielsweise Mikroprozessoren, elektrische Bauelemente, Schaltungen, Laptop-Computer, Desktop-Computer, Tablet-Computer, Mobiltelefone, Batterien, Lautsprecher, Leuchteinheiten, Automotive-/Seefahrt-/Luft- und Raumfahrt-/Zugverbundene Komponenten, Motoren, Transformatoren oder jede andere Art von elektrischem Gerät oder Schaltung enthalten, die eine Spannung oder einen Strom von einem Leistungswandler empfängt, allerdings sind sie nicht hierauf beschränkt.
  • Die Controllereinheit 5 des Systems 1 ist an einer Verbindung 8 mit dem Eingang der Leistungsschaltung 6 gekoppelt, und an der Verbindung 10 mit dem Ausgang der Leistungsschaltung 6. Die Controllereinheit 5 ist außerdem über eine Verbindung 9 mit der Leistungsschaltung 6 gekoppelt, um Signale oder Befehle an die Steuerleistungsschaltung 6 zu steuern, um verschiedene Betriebe der Leistungsschaltung 6 zu steuern.
  • Die Controllereinheit 5 ist optional und kann jede geeignete Anordnung von Hardware, Software, Firmware oder jede Kombination hiervon enthalten, um die der Controllereinheit 5 zugeschriebenen Verfahren durchzuführen, die beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, das Implementieren des Bestimmens eines niedrigen Potentials der Leistungsschaltung 6 und/oder das Anlegen eines niedrigen Potentials der Leistungsschaltung 6 an ein gewöhnliches Substrat der Leistungsschaltung 6 umfassen kann. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 irgendeinen oder mehrere Mikroprozessoren, digitale Signalprozessoren (DSPs), anwenderspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), feldprogrammierbare Gatterarrays (FPGAs) aufweisen, oder jede andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltung, ebenso wie beliebige Kombinationen derartiger Komponenten. Wenn die Controllereinheit 5 Software und Firmware enthält, enthält die Controllereinheit 5 außerdem irgendeine erforderliche Hardware zur Speicherung und Ausführung der Software oder Firmware, wie beispielsweise einen oder mehrere Prozessoren oder Prozessoreinheiten. Allgemein kann eine Prozessoreinheit einen oder mehrere Mikroprozessoren, DSPs, ASICs, FPGAs oder jede andere äquivalente integrierte oder diskrete Logikschaltung ebenso wie jede Kombination derartiger Komponenten enthalten.
  • Wie nachfolgend ausführlich beschrieben wird, kann die Controllereinheit 5 ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6 bestimmen und die Leistungsschaltung 6 so konfigurieren, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6 an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6 angelegt wird. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein geringes Potential der Leistungsschaltung 6 anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6 über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, der/das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6 an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6 angelegt wird.
  • Die Leistungsquelle 2 kann über die Verbindung 8 elektrische Leistung mit einem ersten Spannungs- oder Strompegel bereitstellen, und die Last 4 kann über die Verbindung 10 elektrische Leistung empfangen, die von der Leistungsschaltung 6 gewandelt wurde, so dass sie einen zweiten Spannungs- oder Strompegel aufweist. Die Verbindungen 8 und 10 repräsentieren jedes Medium, das dazu in der Lage ist, elektrische Leistung von einer Stelle an eine andere zu leiten. Beispiele für Verbindungen 8 und 10 enthalten physikalische und/oder drahtlose elektrische Übertragungsmedien wie beispielsweise elektrische Drähte, elektrische Bahnen, leitende Gasröhren, verdrillte Drahtpaare, und dergleichen, allerdings sie sie nicht hierauf beschränkt. Die Verbindung 10 stellt eine elektrische Kopplung zwischen der Leistungsschaltung 6 und der Last 4 bereit, und die Verbindung 8 stellt eine elektrische Kopplung zwischen der Leistungsquelle 2 und der Leistungsschaltung 6 bereit. Die Last 4 ist elektrisch mit der Leistungsschaltung 6 gekoppelt, die mit der Leistungsquelle 2 elektrisch gekoppelt ist.
  • Bei dem Beispiel des Systems 1 kann der Spannungs- oder Strompegel der von der Leistungsquelle 2 gelieferten elektrischen Leistung durch die Leistungsschaltung 6 in einen AC- oder DC-Spannungs- oder Strompegel gewandelt werden, der von der Last 4 verwendet wird. Beispielweise können an der Verbindung 8 die Leistungsquelle 2 und die Leistungsschaltung 6 Leistung, die einen ersten AC- oder DC-Spannungs- oder Strom-Pegel aufweist, ausgeben bzw. empfangen. Gemäß einigen Beispielen kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 9 Befehle ausgeben, die die Leistungsschaltung 6 dazu veranlassen, die erste / den ersten AC- oder DC-Spannung- oder -Strom in eine/einen zweiten AC- oder DC-Spannung oder -Strom zu wandeln, die/der von der Last 4 gefordert wird. Bei der Verbindung 10 können die Leistungsschaltung 6 und die Last 4 die von der Leistungsschaltung 6 gewandelte Leistung ausgeben bzw. empfangen. Die Last 4 kann die von der Leistungsschaltung 6 empfangene Leistung dazu verwenden, eine Funktion auszuführen (z.B. einen Mikroprozessor mit Leistung zu versorgen).
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Leistungsschaltung des in 1 gezeigten Beispielsystems gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 2 wird im Kontext des Systems 1 gemäß 1 beschrieben.
  • Bei dem Beispiel gemäß 2 enthält die Leistungsschaltung 6 zwei Eingangsanschlüsse 20A und 20B (kollektiv als "Eingangsanschlüsse 20" bezeichnet), zwei Ausgangsanschlüsse 22A und 22B (kollektiv als "Ausgangsanschlüsse 22"), und einen Halbleiterkörper 111. Der Halbleiterkörper 111 weist ein GaN-Bauelement 110A und ein optionales GaN-Bauelement 110B (kollektiv als "GaN-Bauelemente 110" bezeichnet), auf einem GaN-Substrat 112 und einem gewöhnlichen Substrat 114 auf. Bei dem Beispiel gemäß 2 ist der Halbleiterkörper 111 der Leistungsschaltung 6 optional durch Eingangsverbindungen 24A und 24B (kollektiv als "Verbindungen 24" bezeichnet) und Ausgangsverbindungen 26A und 26B (kollektiv als "Verbindungen 26" bezeichnet) an Eingangsanschlüsse 20 bzw. Ausgangsanschlüsse 22 angeschlossen. Von den Eingangsanschlüssen 20 und/oder den Ausgangsanschlüssen 22 führt zumindest einer dem gewöhnlichen Substrat 114 über zumindest eine der Verbindungen 24 und 26 ein niedriges Potential ("V–") zu. 2 zeigt weiterhin eine Verbindung 9, die mit der Leistungsschaltung 6 gekoppelt ist, beispielsweise um Signale oder Befehle von der Controllereinheit 5 zur Steuerung verschiedener Funktionen und Betriebe der Leistungsschaltung 6 zu empfangen.
  • Die Eingangsanschlüsse 20 empfangen, wie durch die Verbindungen 8A und 8B der Verbindung 8 gezeigt und in 1 beschrieben, Leistung von der Leistungsquelle 2, um die Schaltung 6 mit Leistung zu versorgen. Ausgangsanschlüsse 22 geben, wie durch die Verbindungen 10A und 10B der Verbindung 10 gezeigt und in 1 beschrieben, Leistung von der Leistungsschaltung 6 an die Last 4 aus.
  • Bei dem Potential V– kann es sich um irgendein bestimmtes Potential an einem Knoten der Leistungsschaltung 6 handeln, das die Elektronen innerhalb des 2DEG-Gebiets hält, indem es das Leitungsband verbiegt. Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– von zumindest einem der Eingangsanschlüsse 20 oder Ausgangsanschlüsse 22 empfangen oder bereitgestellt werden. Der Begriff "Knoten einer Leistungsschaltung", wie er hierin verwendet wird, repräsentiert jede Stelle der Leistungsschaltung, von der eine elektrische Verbindung mit einem Substrat eines Halbleiterkörpers hergestellt werden kann. Beispielsweise repräsentieren die Eingangsanschlüsse 20 und die Ausgangsanschlüsse 22 jeweils Beispiel-"Knoten" der Leistungsschaltung 6. Zusätzlich können Verbindungen 24 und 26 Knoten der Leistungsschaltung 6 repräsentieren. Andere Anschlüsse von anderen Bauelementen und Halbleiterkörpern der Leistungsschaltung 6 können zusätzliche Knoten repräsentieren. Gemäß einigen Beispielen kann ein Knoten einen Lastanschluss eines Schalters (z.B. einen Source- oder einen Drain-Anschluss eines GaN-Schalters, einen Kathoden- oder Anoden-Anschluss einer GaN-Diode, etc.) aufweisen.
  • Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– direkt an das gewöhnliche Substrat 114 angelegt werden, was bewirkt, dass Elektronen von dem GaN-Substrat weg hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, was den Stromkollaps eines GaN-Bauelements, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 9A ausführlicher beschrieben, vermindert und/oder eliminiert. Gemäß noch anderen Beispielen kann es sich bei dem Potential V– um das niedrigste Potential handeln, das der Leistungsschaltung 6 zur Verfügung steht. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei dem Potential V– nicht um das niedrigste Potential handeln, das der Leistungsschaltung 6 zur Verfügung steht, sondern vielmehr um ein Potential, das stark genug ist, Elektronen hin zu der AlGaN-Schicht weg von dem GaN-Substrat abzustoßen. Gemäß einigen Beispielen, ist gleich oder negativer als ein Potential an einem oder mehreren Lastanschlüssen des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente. Gemäß weiteren Beispielen erhöht das Potential V– die Menge der Elektronen, die von dem GaN-Substrat zu der AlGaN-Schicht des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente abgestoßen werden.
  • Eingangsverbindungen 24A und 24B können ein im Wesentlichen konstantes Potential wie beispielsweise das Potential V– bereitstellen. Gemäß einigen Beispielen können Eingangsverbindungen 24 einer oder mehreren Dioden (nicht gezeigt) ein im Wesentlichen konstantes Potential wie beispielsweise das Potential V– zuführen. Gemäß anderen Beispielen können Eingangsverbindungen 24 einer oder mehreren Dioden (nicht gezeigt) Wechselpotentiale, beispielsweise ein positives Potential V+ und ein Potential V–, zuführen; allerdings können die Dioden dem gewöhnlichen Substrat 114 nur ein im Wesentlichen konstantes Potential V– zuführen. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei den Verbindungen 24 um einen Knoten der Leistungsschaltung mit einem bestimmten Potential, dem Potential V–, handeln.
  • Ausgangsverbindungen 26A und 26B können ein im Wesentlichen konstantes Potential wie beispielsweise das Potential V– bereitstellen. Gemäß einigen Beispielen können Ausgangsverbindungen 26 ein im Wesentlichen konstantes Potential wie beispielsweise das Potential V– der einen oder den mehreren Dioden (nicht gezeigt) zuführen. Gemäß anderen Beispielen können Ausgangsverbindungen 26 der einen oder den mehreren Dioden (nicht gezeigt) Wechselpotentiale wie beispielsweise ein positives Potential V+ und ein Potential V– zuführen, während die Dioden dem gewöhnlichen Substrat 114 lediglich ein im Wesentlichen konstantes Potential V– zuführen. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei den Verbindungen 26 um einen Knoten der Leistungsschaltung mit einem bestimmten Potential, dem Potential V–, handeln.
  • Der Halbleiterkörper 111 enthält ein GaN-Substrat 112, das über und benachbart zu dem gewöhnlichen Substrat 114 liegt, und repräsentiert eine Kombination von Halbleitermaterialien, die sich für ein GaN-Bauelement wie beispielsweise ein oder mehrere GaN-Bauelemente 110 eignen. Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111 eine Kombination von einem oder mehreren GaN-Schaltern, bidirektionalen GaN-Schaltern, GaN-Dioden, Nicht-GaN-Schaltern, bidirektionalen Nicht-GaN-Schaltern, Nicht-GaN-Dioden und dergleichen auf dem gewöhnlichen Substrat 114 aufweisen.
  • Ein oder mehrere GaN-Bauelemente 110 können einen oder mehrere GaN-Schalter repräsentieren und/oder einen oder mehrere bidirektionale GaN-Schalter, und/oder eine oder mehrere GaN-Dioden. Die GaN-Bauelemente 110 können auf einem gewöhnlichen Substrat 114 lokalisiert sein. Gemäß noch anderen Beispielen müssen die GaN-Bauelemente 110 auch nicht auf einem gewöhnlichen Substrat in seiner Halbleiterstruktur lokalisiert sein, sondern sie können stattdessen selbst auf einem gewöhnlichen Substrat oder mit anderen GaN-Bauelementen lokalisiert sein. Gemäß einigen Beispielen können GaN-Bauelemente 110 einen oder mehrere Lastanschlüsse aufweisen. Gemäß anderen Beispielen kann es sich bei dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen um ein oder mehrere Drainanschlüsse des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente handeln, um ein oder mehrere Source-Anschlüsse des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente, um eine oder mehrere Kathodenelektroden des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente, und um eine oder mehrere Anodenelektroden des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente. Gemäß noch anderen Beispielen kann es sich bei einer Elektrode von GaN-Bauelementen um einen Knoten der Leistungsschaltung mit einem bestimmten Potential, dem Potential V–, handeln. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei der Elektrode von GaN-Bauelementen um wenigstens eine von einer Kathodenelektrode einer GaN-Diode oder einer Source-Elektrode eines GaN-Schalters handeln.
  • Bei dem GaN-Substrat handelt es sich um ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Galliumnitrid (GaN). Gemäß einigen Beispielen kann das GaN-Substrat 112 im Wesentlichen frei von Störstellen (engl.: "impurities") sein. Beispielsweise kann das GaN-Substrat 112 aus einem GaN-Material hergestellt sein, das mehr als 50% reines GaN aufweist. Gemäß anderen Beispielen kann das GaN-Substrat 112 einige Störstellen aufgrund von Dotierung aufweisen. Gemäß einem Beispiel kann das GaN-Substrat 112 Phosphor-Verunreinigungen (2 × 1018 cm–3) von der Dotierung der Rückseite des GaN-Substrats aufweisen.
  • Das gewöhnliche Substrat 114 kann aus einem oder mehreren Halbleitermaterialien gebildet sein, die Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Saphir, Zinkoxid, und/oder dergleichen aufweisen. Gemäß anderen Beispielen kann das gewöhnliche Substrat 114 einen oder mehrere Schichten von Halbleitermaterialien aufweisen, die nötig sind, um eine Gitterfehlanpassung zwischen dem gewöhnlichen Substrat 114 und einem anderen Substrat wie beispielsweise dem GaN-Substrat 112 zu verringern. Gemäß noch anderen Beispielen kann ein gewöhnliches Substrat andere, Nicht-GaN-basierte Substrate mit anderen, Nicht-GaN-basierten Bauelementen aufweisen. Gemäß einigen Beispielen kann das gewöhnliche Substrat 114 derart elektrisch an einen Knoten der Leistungsschaltung gekoppelt sein, dass an der Knoten ein bestimmtes Potential wie beispielsweise das Potential V– anlegt. Gemäß anderen Beispielen kann die Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 eine Elektrode aufweisen, die elektrisch von jeder der einen oder der mehreren Elektroden des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente isoliert ist. Gemäß noch anderen Beispielen ist ein bestimmtes Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung wie beispielsweise das Potential V– an die Elektrode des gewöhnlichen Substrats gekoppelt, und das bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) erhöht die Anzahl der Elektronen, die von dem GaN-Substrat zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden.
  • Gemäß einigen Beispielen von 2 können ein oder mehrere Eingangsanschlüsse 20 und/oder Ausgangsanschlüsse 22 durch optionale Eingangsanschlussverbindungen 20 bzw. optionale Ausgangsanschlussverbindungen 26 elektrisch mit dem Halbleiterkörper 111 (z.B. der Rückseite des Halbleiterkörpers 111) verbunden sein. Gemäß einigen Beispielen können ein oder mehrere Eingangsanschlüsse 20 und/oder Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit einer oder mehreren Dioden auf dem Halbleiterkörper 111 (nicht gezeigt) verbunden werden, die durch optionale Eingangsanschlussverbindungen 24 bzw. optionale Ausgangsanschlussverbindungen 26 elektrisch mit der Rückseite des Halbleiterkörpers 111 verbunden sind. Gemäß noch anderen Beispielen können die eine oder mehreren Dioden (nicht gezeigt) physikalisch von dem Halbleiterkörper 111 getrennt sein. Gemäß einigen Beispielen kann eine der optionalen Eingangsanschlussverbindungen 24 ein Potential V– aufweisen und elektrisch mit dem Halbleiterkörper 111 verbunden sein. Gemäß anderen Beispielen kann eine der optionalen Ausgangsanschlussverbindungen 26 ein Potential V– aufweisen und elektrisch mit dem Halbleiterkörper 111 verbunden sein. Gemäß noch anderen Beispielen kann einer der optionalen Eingangsanschlüsse 24 oder Ausgangsanschlüsse 26 elektrisch mit dem GaN-substrat 112 und/oder dem gewöhnlichen Substrat 114 (z.B. der Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114) verbunden sein.
  • Gemäß dem Verfahren dieser Offenbarung kann die Controllereinheit 5 ein Potential V– der Leistungsschaltung 6 basierend auf einer Information bestimmen, die die Controllereinheit 5 über Verbindungen 8 und 10 empfängt. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 eine Information empfangen, die anzeigt, dass ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6 einem Potential des Eingangsanschlusses 20A entspricht. Die Controllereinheit 5 kann das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6 an das gewöhnliche Substrat 114 anlegen. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 veranlassen, dass die Verbindung 24A das Potential V– an dem Eingangsanschluss 20A mit dem gewöhnlichen Substrat 114 koppelt oder verbindet.
  • Gemäß einem Beispiel kann die Controllereinheit 5, wie sie in 1 beschrieben ist, ein bestimmtes Potential (z.B. das Potential V–) an einem Knoten einer Leistungsschaltung bestimmen, das gleich oder negativer ist als ein Anschlusspotential an einem oder mehreren Lastanschlüssen des einen oder der mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente 110, wobei ein jedes der einen oder mehreren GaN-Bauelemente 110 in einem oder mehreren GaN-Substraten 112 des Halbleiterkörpers 111 enthalten ist, wobei ein oder mehrere GaN-Substrate 112 benachbart sind zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats 114 des Halbleiterkörpers 111.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein bestimmtes Potential (z.B. das Potential V–) von einem oder mehreren GaN-Bauelementen 110 der Leistungsschaltung anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6 über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, der/das bewirkt, dass das Potential V– der Leistungsschaltung 6 an das gewöhnliche Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 der Leistungsschaltung 6 angelegt wird.
  • Die Controllereinheit 5 kann das bestimmte Potential an den Knoten der Leistungsschaltung an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterkörpers anlegen, so dass das angelegte bestimmte Potential ein Ausmaß des Stromkollapses in dem Halbleiterkörper vermindert. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) an dem Knoten (z.B. den Eingangsanschlüssen 20, den Ausganganschlüssen 22) der Leistungsschaltung des gewöhnlichen Substrats 114 des Halbleiterkörpers 111 anlegen, so dass das angelegte bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) das Ausmaß eines Stromkollapses in dem Halbleiterkörper 111 vermindert.
  • Gemäß einigen Beispielen weist der Halbleiterkörper, an den die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential anlegt, das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente auf, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ein oder mehrere GaN-Substrate benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats des Halbleiterkörpers aufweisen, und wobei das angelegte bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen. In anderen Worten weist der Halbleiterkörper 111, an den die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) anlegt (Verbindungen 24, 26), ein oder mehrere GaN-Bauelemente 110 auf, wobei ein oder mehrere GaN-Bauelemente 110 ein oder mehrere GaN-Substrate 112 benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats 114 des Halbleiterkörpers 111 aufweisen, und wobei das angelegte bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) an dem Knoten (z.B. den Eingangsanschlüssen 20, den Ausgangsanschlüssen 22) der Leistungsschaltung gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen (z.B. einem Drain- oder Source-Anschluss des GaN-Schalters, einer Kathode oder einer Anode einer GaN-Diode) des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente 110.
  • Gemäß einigen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung anlegen, indem sie ein Eingangspotential eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder ein Ausgangspotential eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat koppelt. Mit anderen Worten kann die Controllereinheit 5 das Potential V– anlegen, indem sie die Eingangsanschlüsse 20 oder die Ausgangsanschlüsse 22 mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 koppelt (z.B. Verbindungen 24, 26).
  • Gemäß anderen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung anlegen, indem sie das eine oder die mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente so konfiguriert, dass sie ein Eingangspotential eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder ein Ausgangspotential eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat koppeln. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 das Potential V– anlegen, indem sie das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente 110 so konfiguriert, dass sie Eingangsanschlüsse 20 oder Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 koppeln (z.B. Verbindungen 24, 26).
  • Gemäß noch anderen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung anlegen, indem sie ein oder mehrere Nicht-Galliumnitrid-(Nicht-GaN)-Bauelemente so konfiguriert, dass sie ein Potential eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat koppeln. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 das Potential V– anlegen, indem sie ein oder mehrere Nicht-GaN-Bauelemente (z.B. Dioden, Schalter, bidirektionale Schalter, etc.) so konfiguriert, dass sie die Eingangsanschlüsse 20 oder die Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 koppeln (z.B. die Verbindungen 24, 26).
  • GaN-Bauelemente 110 können auf eine Kombination von einem GaN-Substrat und einem gewöhnlichen Substrat (z.B. einem Silizium-(Si)-Substrat, einem Siliziumcarbid-(SiC)-Substrat oder einem anderen, ähnlichen Typ von Substrat, das aus einem Material gemacht ist, das ähnliche elektrische und chemische Eigenschaften wie Si oder SiC aufweist), bauen, um das Leistungsvermögen des Halbleiterbauelements gemäß anderen Arten von Halbleiterbauelementen zu verbessern, ohne die Kosten zu erhöhen. Allerdings können Halbleiterbauelemente, wie beispielsweise GaN-Bauelemente 110, die auf einer Kombination von einem GaN-Substrat und einem gewöhnlichen Substrat bauen, an einem ungewöhnlich hohen Grad von Fallen kranken. Der Besitz eines hohen Grads von Fallen kann das GaN-basierte Halbleiterbauelement ineffektiv und für High-Electron-Mobility-Effect-Transistoren (HEMT) nutzlos machen. Beispielsweise kann ein Stromkollaps in einem GaN-basierten Halbleiterkörper mit GaN-Bauelementen 110 den RDSON der GaN-Bauelemente 110 um einen Faktor von 100 erhöhen und damit die GaN-Bauelemente 110 für die meisten HEMT-Anwendungen nutzlos machen. Allerdings kann der Stromkollaps von GaN-Bauelementen vermindert und/oder eliminiert werden, indem ein Potential V– an das gewöhnliche Substrat angelegt wird, um die Elektronen weg von der Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 des Halbleiterkörpers 100 abzustoßen. Durch das Vermindern und/oder Eliminieren eines Stromkollapses in GaN-Bauelementen 110 kann die Leistungsschaltung 6 GaN-Bauelemente 110 als High-Electron-Mobility-Transistor (HEMT) selbst oder mit anderen GaN-Bauelementen auf dem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 111 verwenden. Gemäß einigen Beispielen kann das Verringern und/oder Eliminieren des Stromkollapses in GaN-Bauelementen 110 außerdem den Anstieg von RDSON signifikant vermindern und/oder eliminieren.
  • 3 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Einphasen-Gleichrichters als ein Beispiel einer Leistungsschaltung 6 gemäß 2 veranschaulicht. Bei dem Beispiel gemäß 3 enthält die Leistungsschaltung 6A Eingangsverbindungen 8A und 8B der Verbindung 8, die Verbindung 9, sowie Ausgangsverbindungen 10A und 10B der Verbindung 10, eine Verbindung 54, die den Verbindungen 24 und/oder der Verbindung 26 mit dem Potential V– entsprechen kann, Eingangsanschlüsse 20 und Ausgangsanschlüsse 22, wie oben bei den 1–2 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 3 enthält die Leistungsschaltung 6A außerdem Halbleiterkörper 30A, 30B mit GaN-Bauelementen wie beispielsweise bidirektionalen GaN-Schaltern 32A, 32B und GaN-Dioden 34A–34D. Bei dem Beispiel gemäß 3 werden die bidirektionalen GaN-Schalter 32A, 32B durch Treiber 40A, 40B mit Treibersignalen 36A, 36B, 38A, 38B von einer Treibereingangssignaleinheit 48 durch den Treibereingang 42 angesteuert.
  • Die Halbleiterkörper 30A, 30B repräsentieren ein Beispiel des Halbleiterkörpers 111 wie in 2 beschrieben. Gemäß einigen Beispielen können sich die Halbleiterkörper 30A, 30B auf separaten GaN-Substraten und separaten gewöhnlichen Substraten befinden. Gemäß anderen Beispielen können sich die Halbleiterkörper 30A, 30B auf separaten GaN-Substraten befinden, aber auf einem einzigen gewöhnlichen Substrat. Gemäß noch anderen Beispielen kann es sich bei den Halbleiterkörpern 30A, 30B um ein einzelnes GaN-Substrat handeln und um ein einzelnes gewöhnliches Substrat. Gemäß einigen Beispielen kann wenigstens einer der Eingangsanschlüsse 20 oder Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit den Halbleiterkörpern 30A, 30B mit einem im Wesentlichen konstanten Potential V– verbunden sein. Gemäß anderen Beispielen können die Halbleiterkörper 30A, 30B ein oder mehrere GaN-Bauelemente wie beispielsweise ein oder mehrere GaN-Schalter, ein oder mehrere bidirektionale GaN-Schalter und/oder ein oder mehrere GaN-Dioden aufweisen. Gemäß noch anderen Beispielen kann es sich bei dem Halbleiterkörper 30B um einen Silizium-basierten Halbleiterkörper anstelle um einen GaN-basierten Halbleiterkörper handeln. Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 30B zwei GaN-Bauelemente und zwei Nicht-GaN-Bauelemente enthalten, die beispielsweise zwei Niederfrequenzdioden 34C und 34D (die z.B. bei 50 Hz arbeiten), die mit Silizium hergestellt sind, sowie zwei Hochfrequenzdioden 34A und 34B (die z.B. bei typisch 100 kHz arbeiten), die mit GaN hergestellt sind. Gemäß anderen Beispielen kann der Halbleiterkörper 30A außerdem ein oder mehrere Nicht-Galliumnitrid-(Nicht-GaN)-Bauelemente aufweisen, die auf der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats angeordnet sind, wobei der Knoten der Leistungsschaltung eine Elektrode von wenigstens einem des einen oder der mehreren Nicht-GaN-Bauelemente aufweist, und wobei die Elektrode des wenigstens einen des einen oder der mehreren Nicht-GaN-Bauelemente zumindest eines von einer Kathoden-Elektrode einer Nicht-GaN-Diode oder einer Souce-Elektrode eines Nicht-GaN-Schalters aufweist.
  • Bidirektionale GaN-Schalter 32A, 32B können Leistung in jede Richtung leiten, wenn sie eingeschaltet sind, und sie können die geschalteten Anschlüsse isolieren, wenn sie ausgeschaltet sind. Bidirektionale GaN-Schalter 32A, 32B können GaN-Bauelementen 110 entsprechen, wie sie in 2 beschrieben sind. Gemäß einigen Beispielen können bidirektionale GaN-Schalter 32A, 32B, in Kombination mit einer Vielzahl von anderen Halbleitermaterialen, auf der Oberseite eines gewöhnlichen Substrats 114 und des GaN-Substrats 112 lokalisiert oder über diese gelegt sein, um eine geschichtete Halbleiterstruktur zu bilden. Gemäß einigen Beispielen können GaN-Schalter anstelle von und zusätzlich zu bidirektionalen GaN-Schaltern 32A, 32B verwendet werden.
  • Bei den GaN-Dioden 34A–34D handelt es sich um Halbleiterdioden, die durch Halbleitermaterial gebildet sind, die zwei elektrische Anschlüsse (z.B. eine Kathode und eine Anode) aufweisen, und die einen elektrischen Strom in einer Richtung durchlassen, wohingegen sie einen Strom in der entgegengesetzten Richtung sperren. GaN-Dioden 34A–34D können GaN-Bauelementen 110 entsprechen, wie sie in 2 beschrieben sind. Gemäß einigen Beispielen können GaN-Dioden 34A–34D in Kombination mit einer Vielzahl von anderen Halbleitermaterialien auf einem gewöhnlichen Substrat 114 und dem GaN-Substrat 112 lokalisiert sein, um eine geschichtete Halbleiterstruktur wie beispielsweise den in 2 beschriebenen Halbleiterkörper 111 zu bilden.
  • Bei den Treibern 40A, 40B handelt es sich um Gatetreiber zur Steuerung eines Schalters wie beispielsweise den bidirektionalen Schaltern 32A, 32B. Der Treiber 40A ist mit dem Schalter 32A derart gekoppelt, dass ein von dem Treiber 40A erzeugtes Ausgangssignal den bidirektionalen Schalter 32A zu einem Übergang von einem Betrieb zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand veranlassen kann. In anderen Worten kann der Treiber 40A ein Treibersignal an den bidirektionalen Schalter 32A ausgeben, das den bidirektionalen Schalter 32A dazu veranlasst, zu einem Betrieb in einem eingeschalteten Zustand überzugehen, und/oder das den bidirektionalen Schalter 32A dazu veranlasst, zu einem Betrieb in einem ausgeschalteten Zustand überzugehen. Der Treiber 40B ist mit dem bidirektionalen Schalter 32B derart gekoppelt, dass ein von dem Treiber 34B erzeugtes Ausgangssignal den bidirektionalen Schalter 32B zu einem Übergang von einem Betrieb zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand veranlassen kann. In anderen Worten kann der Treiber 40B ein Treibersignal an den bidirektionalen Schalter 32B ausgeben, das den bidirektionalen Schalter 32B veranlasst, zu einem Betrieb in einen eingeschalteten Zustand überzugehen, und/oder das den bidirektionalen Schalter 32B dazu veranlasst, zu einem Betrieb in einem ausgeschalteten Zustand überzugehen.
  • Die Treibereingangssignaleinheit 48 wird von der Leistungsschaltung 6, wie in 1 beschrieben, verwendet, um ein Treiberstärkensignal (engl.: "drive strength signal") und ein geeignetes Treibersignal bereitzustellen, um die Treiber 40A, 40B dazu zu veranlassen, zu bewirken, dass die bidirektionalen Schalter 32A, 32B einschalten und/oder ausschalten, um eine AC-Spannung eines Leistungseingangs gleichzurichten, die als DC-Spannung eines Leistungsausgangs an Ausgangsanschlüssen 22 auszugeben ist. Die Treibereingangssignaleinheit 48 kann einen Spannungspegel an dem Halbleiterkörper 30A (z.B. ein Potential zwischen Knoten 50, 52) detektieren und über die Verbindung 42 ein Steuersignal empfangen. Die Treibereingangssignaleinheit 48 kann ein Treiberstärkensignal (das zumindest teilweise auf dem Spannungspegel an dem Halbleiterkörper 30A basiert) über die Verbindung 36A an den Treiber 40A und über die Verbindung 36B an den Treiber 40B bereitstellen. Die Treibereingangssignaleinheit 48 kann ein Steuersignal (das zumindest teilweise auf dem über die Verbindung 42 empfangenen Steuersignal basiert) über die Verbindung 38A an den Treiber 40A und über die Verbindung 38B an den Treiber 40B ausgeben. Die über die Verbindungen 36A, 38A von der Treibereingangssignaleinheit 48 ausgegebenen Signale können den Treiber 40A dazu veranlassen, zu bewirken, dass der bidirektionale Schalter 32A von einem Betrieb zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand wechselt, und die von der Steuereingangssignaleinheit 48 über die Verbindungen 36B, 38B ausgegebenen Signale können den Treiber 40B dazu veranlassen, zu bewirken, dass der bidirektionale Schalter 32B von einem Betrieb zwischen einem eingeschalteten Zustand und einem ausgeschalteten Zustand wechselt.
  • Gemäß einigen Beispielen können die Halbleiterkörper 30A, 30B jeweils ein individuelles, gewöhnliches Substrat aufweisen. Gemäß anderen Beispielen können die Halbleiterkörper 30A, 30B ein gewöhnliches Substrat aufweisen. Gemäß noch anderen Beispielen können die bidirektionalen Schalter 32A, 32B jeweils auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat angeordnet sein. Gemäß einigen Beispielen können sich die bidirektionalen Schalter 32A, 32B auf einem gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können Dioden 34A–34D und bidirektionale Schalter 32A, 32B auf einem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein. Gemäß noch anderen Beispielen kann sich eine beliebige Anzahl von Dioden und/oder bidirektionalen Schaltern auf einem gewöhnlichen Substrat befinden.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6A anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangene Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6A über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, der/das bewirkt, dass das Potential V– der Leistungsschaltung 6A an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterkörpers 30A der Leistungsschaltung 6A angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– über eine Verbindung 54 direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einem gewöhnlichen Substrat (z.B. der Rückseite des gewöhnlichen Substrats, dem gewöhnlichen Substrat 114 wie in 2 beschrieben), zugeführt werden, das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter enthält. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– an einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss wie beispielsweise den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden zugeführt werden, die über eine Verbindung 54 elektrisch mit einem gewöhnlichen Substrat verbunden sind (z.B. mit der Rückseite des gewöhnlichen Substrats), das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter aufweist. Gemäß einigen Beispielen können die elektrisch an das gewöhnliche Substrat angeschlossenen Dioden auf dem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein.
  • Die 4A–4B sind konzeptionelle Diagramme, die Beispiele 60A und 60B der Spannungsdifferenz zwischen Knoten 50 und 52 und den Stromfluss durch den Halbleiterkörper 30A einer Beispiel-Leistungsschaltung 6A, wie sie in 3 gezeigt ist, veranschaulichen. Bei dem Beispiel gemäß 4A entspricht das Beispiel 60A der Spannungsdifferenz zwischen Knoten 50 und 52 bei einer positiven Netzspannung (z.B. gibt es, relativ zu 20B, eine positive Spannung an der Verbindung 20A). Bei dem Beispiel gemäß 4A zeigt der Graph 61A die Spannung, und der Graph 62A zeigt den Strom.
  • Bei dem Beispiel gemäß 4B entspricht das Beispiel 60B der Spannungsdifferenz zwischen Knoten 50 und 52 bei einer negativen Netzspannung (z.B. gibt es, relativ zu 20B, eine negative Spannung an der Verbindung 20A). Bei dem Beispiel gemäß 4B repräsentiert der Graph 61B die Spannung, und der Graph 62B repräsentiert den Strom.
  • Gemäß einigen Beispielen demonstrieren die Zeitablaufsdiagramme 60A, 60B, dass die Leistungsschaltung 6A, die GaN-Bauelemente verwendet wie beispielsweise bidirektionale Schalter 32A, 32B, häufig die Polarität wechselt und keiner der beiden Lastanschlüsse (z.B. die Knoten 50, 52 wie in 3 beschrieben) einer bidirektionalen Schalteranordnung über den Betrieb des bidirektionalen Schalters hinweg ein im Wesentlichen konstantes niedriges Potential bereitstellt wie beispielsweise das in 2 beschriebene Potential V–. Gemäß anderen Beispielen können Dioden (nicht gezeigt) in Kombination mit den an den Knoten 50, 52 verfügbaren Potentialen verwendet werden, um ein im Wesentlichen konstantes, niedriges Potential, wie beispielsweise das Potential V–, bereitzustellen.
  • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer Totem-Pole-Blindleistungskompensationsstufe (engl.: "totem pole PFC") der Leistungsschaltung 6B gemäß 2 veranschaulicht. 5 wird nachfolgend im Kontext des Systems 1 gemäß 1 und der Leistungsschaltung 6 gemäß 2 beschrieben.
  • In dem Beispiel gemäß 5 enthält die Totem-Pole-Blindleistungskompensationsstufe der Leistungsschaltung 6B Verbindungen 8A und 8B der Verbindung 8, eine Verbindung 9, und Verbindungen 10A und 10B einer Verbindung 10, Eingangsanschlüsse 20 und Ausgangsanschlüsse 22 wie in 2 beschrieben. Zusätzlich enthält die Leistungsschaltung 6B einen Halbleiterkörper 65, GaN-Schalter 66A, 66B, eine Verbindung 67 mit einem Potential V–, Dioden 68A–68D, eine Spule 64 und einen Kondensator 63. Der Halbleiterkörper 65 kann den Halbleiterkörpern 110, 30A, 30B entsprechen, wie sie in den 2–3 beschrieben sind, die GaN-Schalter 66A und 66B können GaN-Bauelementen 110 entsprechen, wie sie in 2 beschrieben sind, und die Verbindung 67 kann den Verbindungen 24, 26 entsprechen, wie sie in 2 beschrieben sind, und die Dioden 68A–68D können GaN-Dioden 34A–34D entsprechen, wie sie in 3 beschrieben sind.
  • Bei dem Beispiel gemäß 5 kann die Leistungsschaltung 6B aus einem Halbleiterkörper 65 mit zwei GaN-Schaltern 66A und 66B bestehen, die mit der Spule 64 gekoppelt sind, die an dem Eingangsanschluss 20A zwischen Dioden 68B und 68D mit der Verbindung 8A gekoppelt ist. Gemäß einigen Beispielen kann der GaN-Schalter 66B bei einer positiven Netzspannung als Schalter arbeiten, und der GaN-Schalter 66A kann als synchrones Gleichrichterelement (Diode) arbeiten. Gemäß anderen Beispielen kann, bei einer negativen Spannung, der GaN-Schalter 66A als aktiver Schalter arbeiten, und der GaN-Schalter 66B kann als die synchron gesteuerte Diode arbeiten. Bei dem Beispiel gemäß 5 ist das Potential V– an dem Ausgangsanschluss 22B identisch mit dem Source-Potential des GaN-Schalters 66B, und es ist über die Verbindung 67 mit dem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 65 verbunden (z.B. mit der Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 wie in 2 beschrieben). Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 65 ein gewöhnliches Substrat einschließlich einem oder mehreren GaN-Bauelementen wie beispielsweise GaN-Schaltern 66A und 66B aufweisen. Gemäß noch anderen Beispielen kann ein niedriges Potential eines beliebigen Eingangsanschlusses 20 oder Ausgangsanschlusses 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 65 gekoppelt werden, um das Potential V– bereitzustellen. Gemäß einigen Beispielen können Dioden wie beispielsweise GaN-Dioden 34A–34B dazu verwendet werden, das Potential V– von einem beliebigen der Eingangsanschlüsse 20 oder Ausganganschlüsse 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat zu koppeln. Gemäß anderen Beispielen kann ein Kondensator 63 dazu verwendet werden, das Ausgangssignal wie beispielsweise das Potential V– an den Ausganganschlüssen 22 und den Verbindungen 10 zu filtern. Gemäß noch anderen Beispielen kann die Spule dazu verwendet werden, das AC-Eingangssignal von einer Leistungsquelle wie beispielsweise der in 1 beschriebenen Leistungsquelle 2 zu filtern.
  • Die Schalter 69A und 69B sind optional und können einen niederohmigen Strompfad parallel zu Dioden 68A und 68D bereitstellen, was dabei helfen kann, den Vorwärtsspannungsabfall zu verringern und einen besseren Wirkungsgrad der Schaltung zu erzielen. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei den Schaltern 69A und 69B um Superjunction-Bauelemente handeln, und sie können aus Silizium gebildet sein. Gemäß anderen Beispielen kann es sich bei den Schaltern 69A und 69B um Superjunction-Bauelemente handeln, und sie können aus GaN gebildet sein.
  • Die Dioden 68B und 68C sind Schutzdioden, die die Eingangsanschlüsse 20A und 20B hin zu dem Ausgangskondensator koppeln, um während einer Einschaltsequenz (engl.: "power-up sequence") Spitzenströme und/oder Einschaltströme zu bewältigen.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Inverters als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung 6C gemäß 2 veranschaulicht. 6 wird nachfolgend im Kontext des Systems 1 gemäß 1 beschrieben.
  • Bei dem Beispiel gemäß 6 enthält der Inverter der Leistungsschaltung 6C Verbindungen 8A und 8B einer Verbindung 8, eine Verbindung 9 und Verbindungen 10A und 10B einer Verbindung 10, Eingangsanschlüsse 20 und Ausgangsanschlüsse 22, wie in 2 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 6 enthält der Inverter der Leistungsschaltung 6C Treiber 76A–76D, die Treibern 40A, 40B, wie in 3 beschrieben, entsprechen können. Die Leistungsschaltung 6C enthält außerdem eine Verbindung 74, die den Verbindungen 24 und/oder den Verbindungen 26 entsprechen kann. Zusätzlich enthält die Leistungsschaltung 6C ein Potential V–, und Halbleiterkörper 70A, 70B. Die Halbleiterkörper 70A, 70B können Halbleiterkörpern 110, 30A, 30B entsprechen wie in den 2–3 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 6 können die Halbleiterkörper 70A, 70B, zusammen mit Schaltungsknoten 78A, 78B, GaN-Schalter und/oder GaN-Dioden in Halbbrückenkonfiguration und/oder einer H-Brückenkonfiguration enthalten.
  • Gemäß einigen Beispielen können die GaN-Schalter 72A und 72B in derselben Richtung sperren (siehe den Halbleiterkörper 111C gemäß 9C). Bei dem Beispiel gemäß 6 handelt es sich bei dem niedrigen Potential wie beispielsweise dem Potential V– um das Source-Potential des Low-Side-Schalters einer jeden Halbbrücke, wie beispielsweise den GaN-Schaltern 72B bzw. 72D. Gemäß einigen Beispielen kann es sich bei dem mit dem gewöhnlichen Substrat der Halbleiterkörper 70A, 70B gekoppelten Potential V– um das Source-Potential der beiden Low-Side-GaN-Schalter 72B, 72D handeln, welches das Potential an der Verbindung 20B ist.
  • Die H-Brückenkonfiguration des Inverters 70 wird aus zwei Halbbrückenschaltkreisen erzeugt, die an ihren jeweiligen Schaltknoten mit einer Last 80 einschließlich einer Spule (in 6 nicht gezeigt) gekoppelt sind. In anderen Worten enthält die H-Brücke des Inverters 70 erste und zweite Treiber 76A, 76B zur Steuerung eines ersten Schalters 72A, der an einen ersten Schaltungsknoten 78A einer ersten Halbbrücke mit einem zweiten Schalter 72B gekoppelt ist, und dritte und vierte Treiber 76C und 76D zur Steuerung eines dritten Schalters 72C, der an einem zweiten Schaltungsknoten 78B einer zweiten Halbbrücke mit einem vierten Schalter 72D gekoppelt ist. Die ersten und zweiten Schaltungsknoten 78A, 78B der H-Brücke bilden einen Ausgangsport. Ein erster Anschluss 22A des Ausgangsports entspricht dem ersten Schaltungsknoten 78A, und ein zweiter Anschluss 22B des Ausgangsports entspricht dem zweiten Schaltungsknoten 78B. Die Last 80 ist an dem ersten Anschluss 22A und dem zweiten Anschluss 22B des Ausgangsports sowohl mit dem ersten Schaltungsknoten 78A der ersten Halbbrücke als auch mit dem zweiten Schaltungsknoten 78B der zweiten Halbbrücke gekoppelt. Ein Strom kann zwischen der Last 80 und dem ersten Schaltungsknoten 78A der Leistungsschaltung 6C fließen, und er kann außerdem zwischen der Last 80 und dem zweiten Schaltungsknoten 78B der Leistungsschaltung 6C fließen.
  • Gemäß den hierin beschriebenen Verfahren und Schaltungen können die Treiber 76A, 76B der ersten Halbbrücke der Leistungsschaltung 6C basierend auf einer Spannung an der ersten Halbbrücke der Leistungsschaltung 6, wenn Ströme zwischen dem ersten Schaltungsknoten 78A der Leistungsschaltung 6C und der Last 80 fließen, die Dauer steuern, für die sowohl der erste Schalter 72A der Leistungsschaltung 6C als auch der zweite Schalter 72B der Leistungsschaltung 6C von ausgeschalteten Zuständen in eingeschaltete Zustände übergehen und von eingeschalteten Zuständen in ausgeschaltete Zustände übergehen, um ein Überschießen zu verhindern, das entweder am ersten Schalter 72A der Leistungsschaltung 6C oder am zweiten Schalter 72B der Leistungsschaltung 6C auftreten kann. Alternativ oder zusätzlich können die Treiber 76C, 76D der zweiten Halbbrücke der Leistungsschaltung 6C gemäß den hierin beschriebenen Verfahren und Schaltungen die Dauer steuern, für die sowohl der dritte Schalter 72C der Leistungsschaltung 6C, als auch der vierte Schalter 72D der Leistungsschaltung 6C von ausgeschalteten Zuständen zu eingeschalteten Zuständen und von eingeschalteten Zuständen zu ausgeschalteten Zuständen übergehen, basierend auf einer Spannung an der zweiten Halbbrücke der Leistungsschaltung 6C, wenn Ströme zwischen dem zweiten Schaltungsknoten 78B der Leistungsschaltung 6C und der Last 4 fließen, um ein Überschießen zu verhindern, das entweder am dritten Schalter 72C der Leistungsschaltung 6C oder am vierten Schalter 72D der Leistungsschaltung 6C auftreten kann, zu verhindern.
  • Gemäß einigen Beispielen kann sich der Halbleiterkörper 70A, 70B jeweils auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können sich die Halbleiterkörper 70A, 70B auf einem gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß noch anderen Beispielen befinden sich die GaN-Schalter 72A–72D auf zwei separaten Leistungsbauelementen pro Halbbrücke, wie beispielsweise die Halbleiterkörper 70A, 70B, wobei beide GaN-Schalter dieselbe Sperrrichtung aufweisen, und wobei sich jeder auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden kann. Gemäß einigen Beispielen können sich die GaN-Schalter 72A–72D auf einem gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können ein Paar von Dioden und die GaN-Schalter 72A–72B auf einem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein. Es kann verschiedene Beispiele geben, die eine beliebige Anzahl von Dioden und/oder GaN-Schaltern enthalten, die sich auf einem gewöhnlichen Substrat befinden können.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6C anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangene Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6C über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, der/das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6C an das gewöhnliche Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6C angelegt wird. Gemäß diesem Beispiel kann ein Potential V– über eine Verbindung 74 direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausganganschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einem gewöhnlichen Substrat (z.B. der Rückseite des gewöhnlichen Substrats, dem gewöhnlichen Substrat 114 wie in 2 beschrieben) zugeführt werden, das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter enthält. Gemäß anderen Beispielen kann ein Potential V– von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss wie beispielsweise den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden zugeführt werden, die über eine Verbindung 74 mit einem gewöhnlichen Substrat verbunden sind (z.B. mit der Rückseite des gewöhnlichen Substrats), das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter enthält. Gemäß einigen Beispielen können die Dioden, die elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat verbunden sind, auf dem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Dreiphasen-Vienna-Gleichrichters als zusätzliches Beispiel der Leistungsschaltung 6D gemäß 2 veranschaulicht. 7 wird nachfolgend im Kontext des Systems 1 gemäß 1 beschrieben.
  • Bei dem Beispiel gemäß 7 enthält die Leistungsschaltung 6D Anschlüsse 20, die von Verbindungen 8A–8C einer Verbindung 8 Leistung empfangen, eine Verbindung 9,
    und Ausgangsanschlüsse 22, die an Verbindungen 10A–10B einer Verbindung 10, wie in den 1–2 beschrieben, Leistung ausgeben. Bei dem Beispiel gemäß 7 enthält die Leistungsschaltung 6D außerdem Spule 82A–82C, Kondensatoren 84A–84B, einhergehend mit Dioden 94A–94F und bidirektionalen Schalterpaaren 92A–92C, die den Dioden und bidirektionalen Schaltern gleichen können, wie sie in 3 beschrieben wurden, wie beispielsweise den Dioden 34A–34D und den bidirektionalen Schaltern 32A–32C. Zusätzlich enthält die Leistungsschaltung 6D außerdem ein Potential V–, was durch eine Verbindung 94, die den in 2 beschriebenen Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26 entsprechen kann, an ein gewöhnliches Substrat (nicht gezeigt) von Halbleiterkörpern 90A, 90B, die dem Halbleiterkörper 111 entsprechen kann, angelegt und/oder elektrisch mit diesem verbunden ist.
  • Die Spulen 82A–82C sind ein passives elektrisches Bauelement mit zwei Anschlüssen, von denen sich jedes Änderungen des durch das Bauelement fließenden elektrischen Stroms widersetzt. Gemäß einigen Beispielen können die Spulen 82A–82C zur induktiven Filterung verwendet werden, um die Wellenform des Stroms zu ändern um sie näher an eine Sinuswelle anzugleichen.
  • Die Kondensatoren 84A–84B sind ein passives elektrisches Bauelement mit zwei Anschlüssen, die dazu verwendet werden, Energie elektrostatisch in einem elektrischen Feld zu speichern. Gemäß einigen Beispielen können die Kondensatoren 84A–84B zur Filterung verwendet werden, um an einem Ausgang eine glatte DC-Spannung zu erhalten.
  • Bei dem Beispiel gemäß 7 empfängt die Leistungsschaltung 6D einen AC-Strom einer Leistung, die an Verbindungen 8A–8C einer Verbindung 8 zu den Spulen 82A–82C empfangen wird. Die Spulen 82A–82C filtern den AC-Strom und liefern den gefilterten Strom an ein Paar von Dioden, die parallel zu den Spulen 82A– 82C geschaltet sind, und ein Paar von bidirektionalen Schaltern, die mit den Spulen 82A–82C in Reihe geschaltet sind. Gemäß einem Beispiel von 7 kann die Spule 82A einen AC-Strom an Dioden 96A und 96B liefern, und sie kann einen AC-Strom an das bidirektionale Schalterpaar 92A liefern. Gemäß einigen Beispielen können, nach der Gleichrichtung, Kondensatoren 84A–84B die DC-Spannung, die auf dem an den Spulen 82A–82C empfangenen AC-Strom basiert, filtern, um eine glatte oder gefilterte DC-Ausgangsspannung bereitzustellen, wie beispielsweise eine Ausgabe an die Verbindungen 10A–10B der Verbindung 10 von Ausgangsanschlüssen 22.
  • Gemäß einigen Beispielen können sich die Dioden 94A–94F jeweils auf einem individuellen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können sich die Dioden 94A–94F alle auf einem gewöhnlichen Substrat eines Halbleiterkörpers 90A befinden. Gemäß noch anderen Beispielen können sich die bidirektionalen Schalterpaare 92A–92C jeweils auf einem individuellen Substrat befinden. Gemäß einigen Beispielen können sich die bidirektionalen Schalterpaare 92A–92C alle auf einem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 90B befinden. Gemäß weiteren Beispielen können sich ein Paar von Dioden, wie beispielsweise die Dioden 94A, 94B und ein bidirektionales Schalterpaar, wie beispielsweise das bidirektionale Schalterpaar 92A auf einem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 90 befinden. Gemäß noch weiteren Beispielen kann sich eine beliebige Anzahl von Dioden und/oder bidirektionalen Schaltern auf einem gewöhnlichen Substrat befinden.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über eine Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6D anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6D über eine Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6D an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6D angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, direkt einem gewöhnlichen Substrat (z.B. der Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 wie in 2 beschrieben) zugeführt werden, das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter enthält. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss wie beispielsweise den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden zugeführt werden, die elektrisch an ein gewöhnliches Substrat angeschlossen sind (z.B. an die Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 wie in 2 beschrieben), das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und bidirektionale Schalter aufweist. Gemäß einigen Beispielen können die elektrisch mit einem gewöhnlichen Substrat verbundenen Dioden auf dem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein.
  • Die 8A–8C sind Blockdiagramme, von denen jedes ein Beispiel eines Ein-Phasen-Gleichrichters als zusätzliches Beispiel einer Leistungsschaltung 6E–6G gemäß 2 veranschaulicht. Bei einem Beispiel gemäß den 8A–8C weisen Ein-Phasen-Gleichrichter der Leistungsschaltungen 6E, 6F bzw. 6G Eingangsanschlüsse 20 zum Empfang der Leistung an der Verbindung 8, der Verbindung 9 auf, und Ausgangsanschlüsse 22 zur Ausgabe von Leistung an die Verbindungen 10A–10C, wie in den 1–2 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß den 8A–8C enthält der Gleichrichter außerdem Spulen 106A–106C zusammen mit Dioden 104A–104F und Schalterpaaren 102A, 102B, die den Dioden und Schaltern entsprechen können, wie sie in den 3, 6 und 7 beschrieben sind, wie beispielsweise den Dioden 34A–34D, 96A–96F und Schaltern 72A–72D. Bei dem Beispiel der 8A–8C enthält der Gleichrichter außerdem ein Potential V–, was über eine Verbindung 108, die den Verbindungen 24, 26 entsprechen kann, wie sie in 2 beschrieben sind, an die Halbleiterkörper 100A–100C angelegt und/oder elektrisch mit diesen verbunden werden kann. Gemäß einigen Beispielen stellen die 8A–8C alternative Topologien ohne bidirektionale Schalter dar, wie in 7 beschrieben.
  • Die Spulen 106A–106C sind jeweils ein passives elektrisches Bauelement mit zwei Anschlüssen, von denen jedes seinen Widerstand mit dem elektrischen Strom ändert, der durch jedes Bauelement fließt. Gemäß einigen Beispielen können die Spulen 106A–106C zur induktiven Filterung verwendet werden, um einen Strompegel zu ändern, wie beispielsweise um den Strompegel einem AC-Strom ähnliche zu machen.
  • Bei dem Beispiel gemäß 8A ist die Leistungsschaltung 6D über die Verbindung 8 eine AC-Leistung der Spule 106 zugeführt, die den Strompegel der AC-Leistung filtert und den gefilterten Strompegel der AC-Leistung zwischen einem Paar von Dioden 104A, 104B ausgibt, die parallel geschaltet sind zu einem Schalter, der mit einem zweiten Paar von Dioden 104C, 104D parallel geschaltet ist, und der in Reihe zwischen ein drittes Paar Dioden 104E, 104F geschaltet ist. Bei dem Beispiel gemäß 8A empfängt der Ausgangsanschluss 22A nach der Gleichrichtung Leistung von der Diode 104E, der Ausgangsanschluss 22B empfängt Leistung von zwischen Dioden 104C, 104D, und der Ausgangsanschluss 22C empfängt Leistung von der Diode 104F.
  • Gemäß einigen Beispielen kann sich von den Dioden 104A–104D eine jede auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können sich die Dioden 104A–104D alle auf einem gewöhnlichen Substrat, beispielsweise einem gewöhnlichen Substrat 114, befinden, wie es in 2 beschrieben ist. Gemäß noch anderen Beispielen kann sich der Schalter 102A auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß weiteren Beispielen können ein Paar von Dioden, wie beispielsweise die Dioden 104A, 104B und ein Schalter 102A auf einem gewöhnlichen Substrat eines Halbleiterköpers 100A, wie beispielsweise einem gewöhnlichen Substrat 114A, wie es in 2 beschrieben ist, lokalisiert sein. In dieser Offenbarung wird es in Betracht gezogen, dass jede beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden und/oder Schalter sich auf einem gewöhnlichen Substrat 114 eines Halbleiterkörpers 111 befinden können, wie dies in 2 beschrieben ist.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über eine Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6D anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6D über eine Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6D an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6D angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann ein Potential V– durch die Verbindung 108, die den Verbindungen 24 und/oder Ausgangsverbindungen 26, wie sie in 2 beschrieben sind, einem gewöhnlichen Substrat zugeführt werden (z.B. der Rückseite eines gewöhnlichen Substrats 114, wie es in 2 beschrieben wurde), das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und Schalterpaare aufweist. Gemäß anderen Beispielen kann ein Potential V– durch eine Verbindung 108, die den Verbindungen 24 und/oder den Verbindungen 26, wie in 2 beschrieben, von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden zugeführt werden, die mit einem gewöhnlichen Substrat elektrisch verbunden sind (z.B. der Rückseite eines gewöhnlichen Substrats 114, wie es 2 beschrieben ist). Gemäß einigen Beispielen können die elektrisch mit einem gewöhnlichen Substrat verbundenen Dioden mit dem/den GaN-Bauelement/en auf einem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein. Gemäß anderen Beispielen kann es sich bei den Dioden um Nicht-GaN-basierte Dioden auf dem gewöhnlichen Substrat handeln. Gemäß noch anderen Beispielen können die Dioden ein wechselndes positives und niedriges Potential empfangen, während die Dioden im gewöhnlichen Substrat nur das Potential V– zuführen.
  • Bei dem Beispiel gemäß 8B wird bei der Leistungsschaltung 6E eine AC-Leistung über eine Verbindung 8 einer Spule 106 zugeführt, die den Strompegel der AC-Leistung filtert und den gefilterten Strompegel der AC-Leistung zwischen einem ersten Paar von Dioden 104A, 104B bereitstellt, die zu einem Paar von Schaltern 102A, 102B, die die selbe Polarität aufweisen, parallel geschaltet sind, und die zwischen ein zweites Paar von Dioden 104C, 104D geschaltet sind. Bei dem Beispiel gemäß 8B empfängt der Ausgangsanschluss 22A, nach der Gleichrichtung, Leistung von einer Diode 104C, der Ausgangsanschluss 22B empfängt Leistung von zwischen Schaltern 102A, 102B, und ein Ausgangsanschluss 22C empfängt Leistung von einer Diode 104D.
  • Gemäß einigen Beispielen kann sich von den Dioden 104A–104D eine jede auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können sich die Dioden 104A–104D alle auf einem gewöhnlichen Substrat befinden, wie beispielsweise einem gewöhnlichen Substrat 114, wie es in 2 beschrieben ist. Gemäß noch anderen Beispielen kann sich von den Schaltern 102A, 102B ein jeder auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen kann ein Paar von Dioden, wie beispielsweise die Dioden 104A, 104B und Schalter 102A, 102B auf einem gewöhnlichen Substrat eines Halbleiterkörpers 100B, wie beispielsweise einem gewöhnlichen Substrat 114 lokalisiert sein. Gemäß noch anderen Beispielen kann sich eine beliebige Anzahl von Dioden und/oder Schaltern auf einem gewöhnlichen Substrat 114 befinden, wie es in 2 beschrieben ist. In dieser Offenbarung wird in Betracht gezogen, dass sich eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden und/oder Schalter auf einem gewöhnlichen Substrat 114 eines Halbleiterkörpers 111 befinden können, wie in 2 beschrieben.
  • Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über eine Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential einer Leistungsschaltung 6E anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6E über eine Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6E an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschaltung 6E angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann ein Potential V– durch eine Verbindung 108 direkt von Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26, wie in 2 beschrieben, direkt einem gewöhnlichen Substrat zugeführt werden (z.B. der Rückseite eines gewöhnlichen Substrats 114, wie in 2 beschrieben), das eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und Schalterpaare aufweist. Gemäß anderen Beispielen kann ein Potential V– in einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise den Eingangsanschlüssen 20 und den Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, durch eine Verbindung 108 direkt von den Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden (nicht gezeigt) zugeführt werden, die durch eine Verbindung 108 mit einem gewöhnlichen Substrat elektrisch verbunden sind. Gemäß einigen Beispielen können die mit einer Rückseite eines gewöhnlichen Substrats elektrisch verbundenen Dioden mit dem/den GaN-Bauelement/en auf einem gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein. Gemäß anderen Beispielen kann es sich bei den Dioden um Nicht-GaN-basierte Dioden auf dem gewöhnlichen Substrat handeln. Gemäß noch anderen Beispielen können die Dioden ein wechselndes positives und niedriges Potential empfangen, während die Dioden im gewöhnlichen Substrat über ein Potential V– zuführen.
  • Bei dem Beispiel gemäß 8C hat die Leistungsschaltung 6D eine AC-Leistung über eine Verbindung 8 an eine Spule 6 zugeführt, die den Strompegel der AC-Leistung filtert und den gefilterten Strompegel der AC-Leistung zwischen einem Paar von Schaltern 102A, 102B ausgibt, die die selbe Polarität aufweisen und die zu einem ersten Paar von Dioden 104A, 104B parallel geschaltet sind, sowie in Reihe zwischen ein zweites Paar von Dioden 104C, 104D. Bei dem Beispiel gemäß 8C empfängt der Ausgangsanschluss 22A nach der Gleichrichtung Leistung von der Diode 104C, der Ausgangsanschluss 22B empfängt Leistung von zwischen den Dioden 104A, 104B, und der Ausgangsanschluss 22C empfängt Leistung von der Diode 104D.
  • Gemäß einigen Beispielen kann sich von den Dioden 104A–104D eine jede auf einem individuellen gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können die Dioden 104A–104D alle auf einem gewöhnlichen Substrat befinden, wie beispielsweise das gewöhnliche Substrat 114, wie es in 2 beschrieben ist. Gemäß noch anderen Beispielen kann sich von den Schaltern 102A, 102B ein jeder auf einem individuellen, gewöhnlichen Substrat befinden. Gemäß anderen Beispielen können ein Paar von Dioden, wie beispielsweise die Dioden 104A, 104B und die Schalter 102A, 102B auf einem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 100C, wie beispielsweise das gewöhnliche Substrat 114, wie es in 2 beschrieben ist, lokalisiert sein. In dieser Offenbarung wird in Betracht gezogen, dass sich eine beliebige Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden und/oder Schalter auf einem gewöhnlichen Substrat 114 eines Halbleiterkörpers 111 befinden können, wie dies in 2 beschrieben ist. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein niedriges Potential der Leistungsschaltung 6F anzeigt. Basierend auf der über die Verbindung 8 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6F über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, das bewirkt, dass das niedrige Potential der Leistungsschaltung 6F an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterbauelements der Leistungsschalter 6F angelegt wird. Gemäß einigen Beispielen kann ein Potential V–, wie in 2 beschrieben, durch eine Verbindung 108 direkt von Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26 einem gewöhnlichen Substrat zugeführt werden (z.B. der Rückseite eines gewöhnlichen Substrats, wie in 2 beschrieben), das eine Anzahl von GaN-Bauelementen, wie beispielsweise Dioden, Schalter und Schalterpaare enthält. Gemäß anderen Beispielen kann ein Potential V– von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, durch eine Verbindung 108 direkt von Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26, wie in 2 beschrieben, einer oder mehreren Dioden (nicht gezeigt) zugeführt werden, die elektrisch mit einem gewöhnlichen Substrat (z.B., wie in 2 beschrieben, der Rückseite eines gewöhnlichen Substrats 114). Gemäß einigen Beispielen können die mit einer Rückseite eines gewöhnlichen Substrats elektrisch verbundenen Dioden auf einem gewöhnlichen Substrat mit dem/den GaN-Bauelement/en angeordnet sein. Gemäß anderen Beispielen kann es sich bei den Dioden auf Nicht-GaN-basierte Dioden auf dem gewöhnlichen Substrat handeln. Gemäß noch anderen Beispielen können die Dioden ein wechselndes positives und niedriges Potential aufweisen, während die Dioden nur ein Potential V– an das gewöhnliche Substrat anlegen.
  • Die 9A–9C sind geschichtete Querschnittsansichten, von denen jede ein Beispiel eines Schalter basierten Halbleiterkörpers 111A, 111B, 111C des in 2 gezeigten Beispiel-Halbleiterkörpers veranschaulicht. Bei dem Beispiel gemäß den 9A–9C enthalten die Halbleiterkörper 111A, 111B, 111C ein GaN-Substrat 112 und ein gewöhnliches Substrat 114, wie in 2 beschrieben, und ein Potential V–', das durch die Verbindung 108 angelegt wird, die den Verbindungen 24 und/oder den Verbindungen 26 entsprechen kann, wie in 2 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 9A ist der Halbleiterkörper 111A ein bidirektionaler Schalter und enthält außerdem einen Strom leitenden Kanal, als Bereich 116 mit einem zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) ist, wenn Galliumnitrid-(GaN)-Deckel 120, eine Siliziumnitrid-(SiN)-Schicht 122, Source 124A, 124B, einen Ohm'schen Kontakt 128A, 128B. Bei dem Beispiel gemäß 9A bilden der Ohm'sche Kontakt 128A und Source 124A einen Sourceanschluss.
  • Der 2DEG-Bereich 116 ist ein Strom leitender Kanal aus einem zweidimensionalen Elektronengas, wobei sich das Gas von Elektronen in zwei Dimensionen frei bewegen kann, allerdings in der dritten Dimension fest gebunden ist. Gemäß einigen Beispielen kann das 2DEG-Gebiet 116 durch den Heteroübergang zwischen zwei halbleitenden Materialien gebildet sein, um Elektronen auf einen dreieckigen Quantenwall zu beschränken. Gemäß anderen Beispielen zeigen Elektronen, die in einen 2DEG-Bereich 116 von HEMTs gezwungen werden, größere Beweglichkeiten auf, als solche in MOSFETs, da HEMTs einen absichtlich undotierten Kanal verwenden und dadurch die schädliche Wirkung von ionisierter Störstellenstreuung abschwächen.
  • Der GaN-Deckel 120 ist optional und repräsentiert eine Schicht von Galliumnitrid ähnlich dem GaN-Substrat 112, wie es in 2 beschrieben ist. Gemäß einigen Beispielen kann der GaN-Deckel 120 dazu dienen, den Leckstrom zu verringern, wenn eine Schottkybarriere als Gate vorliegt. Gemäß anderen Beispielen kann ein GaN-Deckel den Elektronen eine zusätzliche Barriere bieten.
  • Die Siliziumnitrid-(SiN)-Schicht 122 ist eine Schicht aus SiN-Halbleitermaterial. Gemäß einigen Beispielen hilft die SiN-122-Passivierung, den Stromkollaps abzuschwächen, indem sie die Falldichte des SiN/GaN/AlGaN-Übergangs verringert.
  • Source 124A, 124B ist ein Sourceanschluss für einen High-Electron-Mobility-Transistor (HEMT). Gemäß einigen Beispielen ist ein HEMT ein Feldeffekttransistor, der einen Übergang zwischen zwei Materialien (z.B. AlGaN und GaN) mit unterschiedlichen Bandlücken (z.B. einem Heteroübergang) als Kanal verwendet anstelle ein dotiertes Gebiet (wie dies allgemein bei MOSFETs der Fall ist). Gemäß anderen Beispielen ist Source 124A, 124B ein Gebiet, durch das die Ladungsträger in den Kanal (z.B. das 2DEG-Gebiet 116) eintreten.
  • Gate 126A, 126B ist ein Gateanschluss für einen HEMT. Gemäß einigen Beispielen empfangen Gateanschlüsse 126A, 126B das Ansteuersignal von einem Treiber, wie beispielsweise dem in 3 beschriebenen Treiber 34A, um den HEMT in einem eingeschalteten Zustand zu steuern.
  • Der Ohm'sche Kontakt 128A, 128B ist ein Ohm'scher Kontakt für einen HEMT. Gemäß einigen Beispielen stellt der Ohm'sche Kontakt 128A, 128B eine Verbindung zu Source 124A, 124B durch das 2DEG-Gebiet 116 bereit.
  • Gemäß einigen Beispielen ist der Halbleiterkörper 111A ein bidirektionaler Schalter und kann ein Potential V– aufweisen, das durch eine Verbindung 108 an die Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 angelegt ist, und das Träger in dem 2DEG-Gebiet 116 hin zu der AlGaN-Schicht 118 abstößt und einen Stromkollaps verringert. Gemäß anderen Beispielen kann das Abstoßen von Trägern in dem 2DEG-Gebiet 116 hin zu der AlGaN-Schicht 118 den Stromkollaps des bidirektionalen Schalters wesentlich verringern und/oder eliminieren.
  • Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V–, wie in 2 beschrieben, direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 oder Ausgangsanschlüssen 22 über eine Verbindung 108 direkt an ein gewöhnliches Substrat 114 anlegen. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V–, wie in 2 beschrieben, von Eingangsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und/oder Ausgangsanschlüssen 22 über eine Verbindung 108 über Dioden (nicht gezeigt) an ein gewöhnliches Substrat 114 angelegt werden.
  • Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111A ein Halbleiterbauelement repräsentieren, das ein gewöhnliches Substrat aufweist, welches elektrisch mit einem Knoten einer Leistungsschaltung gekoppelt ist, sowie mit einem oder mehr Galliumnitrid-(GaN)-Bauelementen, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ein GaN-Substrat benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweisen, ein Gebiet mit einem zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) benachbart zu dem GaN-Substrat und entgegengesetzt der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats, eine Aluminium-Galliumnitrid-(AlGaN)-Schicht benachbart zu dem 2DEG-Gebiet und entgegengesetzt dem GaN-Substrat, sowie ein oder mehrere Lastanschlüsse, wobei das 2DEG-Gebiet Elektronen aufweist, die zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung, der elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat gekoppelt ist, weg von dem GaN-Substrat hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, und wobei das bestimmte Potential gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen. Gemäß einigen Beispielen können die Lastanschlüsse des Halbleiters 111A einen oder mehrere Drainanschlüsse von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen repräsentieren, oder einen oder mehrere Sourceanschlüsse von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen.
  • Bei dem Beispiel gemäß 9B umfasst der Halbleiterkörper 111B einen bidirektionalen Schalter und enthält ein Gebiet 116A, 116B mit einem zweidimensionalen Elektronengas (2DEG), einen Galliumnitrid-(GaN)-Deckel 120A, 120B, eine Siliziumnitrid-(SiN)-Schicht 122A, 122B, Source 124A, 124B, Gate 126A, 126B, und einen Ohm'schen Kontakt 128A, 128B, wie in 9A beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 9B enthält der Halbleiterkörper 111B außerdem Drain 130.
  • Drain 130 ist ein Drainanschluss für einen HEMT. Gemäß einigen Beispielen ist der Drain 130 der Anschluss, durch den Ladungsträger den Kanal (z.B. das 2DEG-Gebiet 116) verlassen.
  • Gemäß einigen Beispielen ist der Halbleiterkörper 111B ein bidirektionaler Schalter mit einem Drain und er kann ein Potential V– aufweisen, das an die Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 angelegt wird, und das Träger in den 2DEG-Gebieten 116A, 116B hin zu AlGaN-Schichten 118A, 118B abstößt und den Stromkollaps verringert. Gemäß einigen Beispielen kann das Abstoßen von Trägern in dem 2DEG-Gebiet 116 zu der AlGaN-Schicht 118 den Stromkollaps des bidirektionalen Schalters wesentlich verringern und/oder eliminieren.
  • Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– durch eine Verbindung 108 direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, an ein gewöhnliches Substrat 114 angelegt werden. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– durch eine Verbindung 108 von Eingangsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und/oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, über Dioden (nicht gezeigt) an ein gewöhnliches Substrat 114 angelegt werden.
  • Bei dem Beispiel gemäß 9C kann der Halbleiterkörper 111C zwei Schalter aufweisen oder enthalten, die die selbe Polarität aufweisen und die in der selben Richtung sperren, und er enthält ein Gebiet 116A, 116B mit zweidimensionalem Elektronengas (2DEG), einen Galliumnitrid-(GaN)-Deckel 120A, 120B, eine Siliziumnitrid-(SiN)-Schicht 122A, 122B, Source 124A, 124B, Gate 126A, 126B und einen Ohm'schen Kontakt 128A, 128B, und Drain 130, wie in 9B beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 9C enthält der Halbleiterkörper 111C außerdem Drain 130.
  • Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111C in Form von zwei GaN-Schaltern ein Potential V– aufweisen, das durch eine Verbindung 108 an die Rückseite eines gewöhnlichen Substrats 114 angelegt ist, und das Träger in den 2DEG-Gebieten 116A und 116B hin zu AlGaN-Schichten 118A und 118B abstößt und einen Stromkollaps verringert. Gemäß anderen Beispielen kann das Abstoßen von Trägern in den 2DEG-Gebieten 116A und 116B hin zu AlGaN-Schicht 118A und 118B den Stromkollaps der beiden GaN-Schalter wesentlich verringern und/oder eliminieren.
  • Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– über eine Verbindung 108 direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, an ein gewöhnliches Substrat 114 angelegt werden. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– durch eine Verbindung 108 von Eingangsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und/oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, über Dioden (nicht gezeigt) an ein gewöhnliches Substrat 114 angeschlossen werden. Gemäß noch anderen Beispielen sind die beiden GaN-Schalter des Halbleiterkörpers 111C so angeordnet, dass die GaN-Schalter in derselben Richtung sperren. Gemäß einigen Beispielen kann das Gate 128B am Mittelpunkt des Halbleiterkörpers 111C als Drain und/oder als Source verwendet werden.
  • 10 ist eine geschichtete Querschnittsansicht, die ein Beispiel eines diodenbasierten Halbleiterkörpers 111D des in 2 gezeigten Beispiel-Halbleiterkörpers 111 veranschaulicht. Bei dem Beispiel gemäß 10 weist der Halbleiterkörper 111D zwei Schottkydioden auf, und er enthält ein GaN-Substrat 112 benachbart zu einem allgemeinen Substrat 114, wie in 2 beschrieben, und ein Potential V–, angelegt über eine Verbindung 108, wie in den 8A–8C beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 10 enthält der Halbleiterkörper 111D Gebiete 116A, 116B mit zweidimensionalem Elektronengas (2DEG), einen Galliumnitrid-(GaN)-Deckel 120A, 120B, und eine Siliziumnitrid-(SiN)-Schicht 122A, 122B, und einen Ohm'schen Kontakt 128 wie in 8B beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 10 enthält der Halbleiterkörper 111D außerdem eine Anode 134A, 134B, eine Kathode 136, einen optionalen Substratkontakt 138, und eine optionale laterale Schottkydiode 140.
  • Der Halbleiterkörper 111D repräsentiert eine Schottkydiode mit einem geringen Vorwärtsspannungsabfall und einem sehr schnellen Schaltverhalten. Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111D einen Metall-Halbleiter-Übergang aufweisen, der zwischen einem Metall und einem Halbleitermaterial ausgebildet ist und eine Schottkybarriere bildet. Gemäß anderen Beispielen wirkt das Metall des Metall-Halbleiter-Übergangs des Halbleiterkörpers 111D als Anode, wie beispielsweise als Anode 134A, 134B. Gemäß noch anderen Beispielen wirkt der Halbleiter des Metall-Halbleiter-Übergangs des Halbleiterkörpers 111D als Kathode, beispielsweise als Kathode 136. Die laterale Schottkydiode 140 kann eine laterale Schottkydiode auf einem gewöhnlichen Substrat mit einer anderen GaN-Schottkydiode und/oder einem anderen GaN-Bauelement, wie beispielsweise einem Schalter oder einem bidirektionalen Schalter sein.
  • Die Anode 134A, 134B repräsentiert einen Anodenabschnitt eines Halbleiterkörpers 111D und stellt eine Elektrode dar, durch die ein elektrischer Strom in ein polarisiertes elektrisches Bauelement fließt. Die Kathode 136 repräsentiert einen Kathodenabschnitt eines Halbleiterkörpers 111D und stellt eine Elektrode dar, durch die ein elektrischer Strom aus dem polarisierten elektrischen Bauelement heraus fließt.
  • Ein Substratkontakt 138 repräsentiert einen optionalen Abschnitt des Halbleiterkörpers 111D und stellt eine Elektrode dar, durch die eine negative Polarität ein gewöhnliches Substrat, wie beispielsweise das gewöhnliche Substrat 114 angelegt werden kann. Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111D abwechselnd positive und niedrige Potentiale empfangen, aber er kann nur ein niedriges Potential über den Substratkontakt 138 an das gewöhnliche Substrat anlegen.
  • Gemäß einigen Beispielen kann der Halbleiterkörper 111D ein Potential V– aufweisen, das durch eine Verbindung 108 an die Rückseite des gewöhnlichen Substrats 114 angelegt ist, und das Träger in dem 2DEG-Gebiet 116A, 116B hin zur AlGaN-Schicht 118A, 118B abstößt und einen Stromkollaps verringert. Gemäß anderen Beispielen kann das Abstoßen von Trägern in dem 2DEG-Gebiet 116A, 116B hin zu der AlGaN-Schicht 118A, 118B den Stromkollaps der GaN-Schottkydiode oder den GaN-Schottkydioden verringern und/oder eliminieren.
  • Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– durch eine Verbindung 108 direkt von einem Eingangsanschluss oder einem Ausgangsanschluss, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, an ein gewöhnliches Substrat 114 angelegt werden. Gemäß anderen Beispielen kann das Potential V– durch eine Verbindung 108 von Eingangsanschlüssen und/oder Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und/oder Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, über Dioden (nicht gezeigt) an das gewöhnliche Substrat 114 angeschlossen werden. Gemäß noch anderen Beispielen, kann der Halbleiterkörper 111D den Substratkontakt 138 dazu verwenden, ein Potential V– anzulegen. Gemäß einigen Beispielen können GaN-Schottkydioden 110 je von einem oder mehreren Eingangs- und/oder Ausgangsanschlüssen abwechselnd positive und niedrige Potentiale empfangen, und der Substratkontakt 138 kann nur das Potential V– an das gewöhnliche Substrat 114 anlegen.
  • Gemäß einigen Beispielen, kann der Halbleiterkörper 111D ein Halbleiterbauelement repräsentieren, das ein gewöhnliches Substrat aufweist, das elektrisch mit einem Knoten einer Leistungsschaltung und einem oder mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelementen gekoppelt ist, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ein GaN-Substrat benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweisen, im Gebiet mit einem zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) benachbart zu dem GaN-Substrat und entgegengesetzt der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats, eine Aluminum-Galliumnitrid-(AlGaN)-Schicht benachbart zu dem 2DEG-Gebiet und entgegengesetzt dem GaN-Substrat, und einen oder mehrere Lastanschlüsse, wobei 2DEG-Gebiete Elektronen aufweist, die zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung, der elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat gekoppelt ist, weg von dem GaN-Substrat hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, und wobei das bestimmte Potential gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen. Gemäß anderen Beispielen können die Lastanschlüsse des Halbleiters 111D eine oder mehrere Kathodenelektroden von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen repräsentieren, oder eine oder mehrere Anodenelektroden von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen.
  • Die 11–13 sind Blockdiagramme, von denen jedes Beispiel-Halbleiterpackages veranschaulicht, die gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung, die in 2 gezeigte Beispiel-Leistungsschaltung 6 enthalten. Die 11–13 werden nachfolgend im Kontext der Leistungsschaltung 6 gemäß 2 beschrieben.
  • Bei dem Beispiel gemäß 11 enthält ein Halbleiterpackage 150 einen Halbleiterkörper 111E, der dem Halbleiterkörper 111 entsprechen kann, ein GaN-Substrat 112, ein gewöhnliches Substrat 114, und Verbindungen 8A, 8B einer Verbindung 8. Bei dem Beispiel gemäß 11 enthält das Halbleiterpackage 150 außerdem Mess-Source 156A, 156B, welche Source 124A, 124B entsprechen kann, und Gate 126A, 126B, wie in den 9A–10 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 11 enthält das Halbleiterpackage außerdem ein Potential V–, was über eine Verbindung 152, die den Verbindungen 24 und/oder Verbindungen 26, wie in 2 beschrieben, entsprechen kann, an das gewöhnliche Substrat 114 direkt angelegt und/oder elektrisch angeschlossen werden kann, und eine Kriechstrecke 154.
  • Sense-Source 156A, 156B ist ein Kontakt mit demselben Anschluss wie die Source. Gemäß einigen Beispielen ist der Gatetreiber zwischen Gates 126A, 126B und Mess-Source-Kontakte 156A, 156B gekoppelt, jeglichen parasitären Spannungsabfall an jeglichen Induktivitäten (engl.: "inductance") zu vermeiden, der innerhalb des Strompfades zu den Verbindungen 8A, 8B vorhanden sein kann. Gemäß anderen Beispielen können die beiden Anschlüsse für die Verbindungen 8A, 8B und Mess-Source 156A, 156B innerhalb des Halbleiterpackages unterschiedlich verwendet werden, aber innerhalb des Packages an denselben Anschluss angeschlossen sein.
  • Kriechstrecke 154 repräsentiert ein elektrisches Isolatormaterial, dessen interne elektrische Ladungen nicht frei fließen. Gemäß einigen Beispielen kann die Kriechstrecke dazu verwendet werden, das gewöhnliche Substrat basierend auf einer veränderlichen Dicke zu isolieren. Gemäß anderen Beispielen kann es die Kriechstrecke 154 zulassen, dass eine Elektrode an das gewöhnliche Substrat 114 angelegt wird, um ein Potential V– anzulegen, während sie das gewöhnliche Substrat 114 gegenüber anderen Potentialen isoliert. Gemäß noch anderen Beispielen kann es erforderlich sein, dass das Halbleiterpackage beide Verbindungen 8A und 8B von dem gewöhnlichen Substrat mit einer minimalen Dicke der Kriechstrecke 154 isoliert, die in verschiedenen Standards abhängig von einer Verschmutzungsklasse der Umgebung festlegt.
  • Bei dem Beispiel gemäß 12 enthält das Halbleiterpackage 160A einen Halbleiterkörper 111F, der dem Halbleiterkörper 111 entsprechen kann, ein GaN-Substrat 112, ein gewöhnliches Substrat 114, und Verbindungen 8A, 8B einer Verbindung 8. Bei dem Beispiel gemäß 12 enthält das Halbleiterpackage 160A außerdem Mess-Source 156A, 156B, Gate 126A, 126B, wie in 11 beschrieben, zusammen mit einem Potential V–, das an das gewöhnliche Substrat 114 durch eine Verbindung 162 angelegt wird, die den Verbindungen 24, 26 entsprechen kann, und/oder 152, wie in 11 beschrieben, Dioden 166A, 166B und eine Kriechstrecke 164, die der Kriechstrecke 154, wie in 11 beschrieben, entsprechen kann.
  • Die Dioden 166A, 166B können Nicht-GaN-basierte Dioden, wie beispielsweise eine Halbleiterdiode mit einem pn-Übergang, auf einem gewöhnlichen Substrat 114 repräsentieren. Gemäß einigen Beispielen kann das gewöhnliche Substrat 114 über die Verbindung 162 ein Potential V– von den Eingangsanschlüssen und/oder den Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, empfangen. Gemäß anderen Beispielen können die Dioden 166A, 166B so konfiguriert sein, dass sie zwischen das V– Potential (auf ihrer Rückseite) bzw. die beiden Eingangsanschlüsse 8A bzw. 8B gekoppelt sind, und dass die Verbindungen alle innerhalb das Packages vorgenommen werden können. Gemäß noch anderen Beispielen müssen die Dioden 166A, 166B nicht auf einem gewöhnlichen Substrat 114 lokalisiert sein, sondern auf einem separaten Substrat (nicht gezeigt).
  • Bei dem Beispiel gemäß 13 enthält das Halbleiterpackage 160B Halbleiterkörper 111G, 111H, die dem Halbleiterkörper 111 entsprechen können, ein GaN-Substrat 112, ein gewöhnliches Substrat 114, und Verbindungen 8A, 8B der Verbindung 8. In dem Beispiel gemäß 13 enthält das Halbleiterpackage 160B außerdem Mess-Source 156A, 156B und Gate 126A, 126B, wie in 11 beschrieben auf, zusammen mit einem Potential V–, das an das gewöhnliche Substrat 114 durch eine Verbindung 162 angelegt wird, die den Verbindungen 24, 26 und/oder der Verbindung 152, wie in 11 beschrieben, entsprechen kann, und eine Kriechstrecke 164, die der Kriechstrecke 154, wie in 11, entsprechen kann.
  • Bei dem Beispiel gemäß 13 repräsentieren die Dioden 167A, 167B GaN-basierte Dioden, wie beispielsweise als Halbleiterkörper 111D, wie in 10 beschrieben. Gemäß einigen Beispielen kann das gewöhnliche Substrat 114 durch die Verbindung 162 ein Potential V– von den Eingangsanschlüssen und/oder den Ausgangsanschlüssen, wie beispielsweise Eingangsanschlüssen 20 und Ausgangsanschlüssen 22, wie in 2 beschrieben, empfangen. Gemäß anderen Beispielen, können die GaN-Schottkydioden 167A, 167B so konfiguriert sein, dass sie zwischen das V– Potential (auf ihrer Rückseite) und die beiden Eingangsanschlüsse 8A bzw. 8B gekoppelt sind, und dass alle Verbindungen alle innerhalb des Packages gemacht werden können. Gemäß noch anderen Beispielen, sind die GaN-Schottkydioden 167A, 167B nicht auf einem gewöhnlichen Substrat 114 lokalisiert, sondern, sondern auf einem separaten gewöhnlichen Substrat (nicht gezeigt).
  • 14 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel eines Packages 170 mit GaN-Dioden 168A, 168B und einem bidirektionalen GaN-Schalter 174 auf einem Halbleiterkörper 111J gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 14 wird nachfolgend im Kontext mit der Leistungsschaltung in 3 beschrieben. Bei dem Beispiel gemäß 14 enthält das Package 170 einen Halbleiterkörper 111J, der dem Halbleiterkörper 30A entsprechen kann, GaN-Dioden 168A, 168B, die den Dioden 34A, 34B entsprechen können, und einen bidirektionalen GaN-Schalter 174, der dem bidirektionalen Schalter 30A entsprechen kann. Bei dem Beispiel gemäß 14 kann das Package 170 zudem Knoten 50, 52, wie in 3 beschrieben, aufweisen, Gate 126A, 126B, eine Anode 134A, 134B, und einen optionalen Substratkontakt 138A, 138B, wie in 10 beschrieben, und Verbindungen 172A, 172B, die der Anode 134A, 134B ein Potential V– zuführen und die den Verbindungen 24, 26, wie in 2 beschrieben, entsprechen können. Bei dem Beispiel gemäß 14 enthält das Package 170 drei GaN-Bauelemente, wie beispielsweise einen bidirektionalen GaN-Schalter 174, und GaN-Dioden 168A, 168B hin zu dem Potential V–, mit gepunkteten Linien, um konzeptionell ihre Lage auf dem Halbleiterkörper 111J anzuzeigen. Gemäß anderen Beispielen können die gepunkteten Linien auch anzeigen, dass GaN-Dioden 168A und 168B optional sein können und auf separaten Packages lokalisiert sein können. Gemäß noch anderen Beispielen können GaN-Dioden 168A und 168B mit zusätzlichen Dioden und/oder Schaltern in dem Package 170 mit vier Leistungsanschlüssen enthalten sein, die mit Eingangs- und/oder Ausgangsverbindungen, wie beispielsweise den Verbindungen 8A, 8B der Verbindung 8 und Verbindungen 10A, 10B der Verbindung 10, wie in 1 beschrieben, verbunden sind.
  • Bei dem Beispiel gemäß 14 kann das Kathodenpotential der Dioden 168A, 168B das Potential V– sein, das an Substratkontakten 138A und 138B der Oberfläche des Chips verfügbar ist. Gemäß einigen Beispielen kann das Potential V– der Kathoden der Dioden 168A, 168B elektrisch mit dem Substrat verbunden werden, entweder durch einen vertikalen Grabenkontakt (z.B. Substratkontakten 138A, 138B, wie in 10 beschrieben) durch die AlGaN/GaN-Schichten (z.B. 118A, 118B, ein GaN-Substrat 112A, 112B, wie in 10 beschrieben) in das Substrat hinein (z.B. das gewöhnliche Substrat 114 wie in 10 beschrieben). Gemäß anderen Beispielen, kann das Potential V– der Kathoden der Dioden 168A, 168B elektrisch mit dem Substrat verbunden werden, dem ein Draht (nicht gezeigt) von Verbindungen 172A, 172B zu der metallisierten Insel (nicht gezeigt) gebondet wird, die den Halbleiterkörper 111J trägt.
  • Gemäß einigen Beispielen können die Dioden 168A, 168B einem gewöhnlichen Substrat (nicht gezeigt) nur ein Potential V– zuführen. Gemäß anderen Beispielen können die Dioden 168A, 168B das gewöhnliche Substrat (nicht gezeigt) nur ein Potential V– durch die Substratkontakte 138A, 138B anlegen. Gemäß noch weiteren Beispielen können die Dioden 168A, 168B nur ein Potential V– an die Rückseite eines gewöhnlichen Substrats (nicht gezeigt) anlegen. Gemäß einigen Beispielen können die Dioden 168A, 168B mit anderen GaN-Bauelementen wie beispielsweise GaN-Bauelementen 110 wie in 1 beschrieben in einem gewöhnlichen Substrat des Halbleiterkörpers 111 lokalisiert sein. Gemäß anderen Beispielen können die Dioden 168A, 168B auf einem separaten gewöhnlichen Substrat lokalisiert sein. Gemäß noch anderen Beispielen können die Dioden 168A, 168B nicht-GaN-basierte Dioden mit einem Halbleiter-pn-Übergang sein.
  • 15 ist ein Flussdiagramm, das Beispielsbetriebe zur Verringerung eines Stromkollapses einer Beispiel-Leistungsschaltung 6 gemäß einem oder mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 5 wird nachfolgend im Kontext der Verbindungen 24, 26 gemäß 2, dem System 1 gemäß 1 und der Leistungsschaltung 6 gemäß 2 beschrieben.
  • Bei dem Beispiel gemäß 15 kann die Controllereinheit 5 wie in 1 beschrieben ein bestimmtes Potential (z.B. das Potential V–) an einem Knoten einer Leistungsschaltung (z.B. der Leistungsschaltung 6) festlegen, das gleich oder negativer ist als ein Anschlusspotential an einem oder mehreren Lastanschlüssen (z.B. einem Source- oder Drain-Anschluss eines GaN-Schalters, Kathoden- oder Anodenelektrode einer GaN-Diode) bei einem oder mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelementen (z.B. GaN-Bauelemente 110), die in einem oder mehreren GaN-Subtraten (z.B. dem GaN-Substrat 112) enthalten sind, die sich benachbart zu einem gewöhnlichen Substrat (z.B. im gewöhnlichen Substrat 114) eines Halbeliterkörpers (z.B. dem Halbleiterkörper 111) ... (182). Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 über die Verbindung 8 und/oder 10 eine Information empfangen, die ein bestimmtes Potential (z.B. das Potential V–) von einem oder mehreren GaN-Bauelementen 110 der Leistungsschaltung 6 anzeigt. Basierend auf einer über die Verbindung 6 und/oder 10 empfangenen Information kann die Controllereinheit 5 der Leistungsschaltung 6 über die Verbindung 9 einen Befehl oder ein Signal zuführen, das bewirkt, dass das bestimmte Potential der Leistungsschaltung 6 an ein gewöhnliches Substrat eines Halbleiterkörpers der Leistungsschaltung 6 angelegt wird.
  • Nachdem die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) bestimmt hat, kann die Leistungsschaltung 6 von der Controllereinheit 5 ein Signal und/oder einen Befehl empfangen, das bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) an dem Knoten (z.B. Eingangsanschlüssen 20, den Ausgangsanschlüssen 22) der Leistungsschaltung das gewöhnliche Substrat (z.B. das gewöhnliche Substrat 114) des Halbleiterkörpers (z.B. dem Halbleiterkörper 111) anlegen, so dass das angelegte bestimmte Potential (z.B. das Potential V–) eine Stärke des Stromkollapses in dem Halbleiterkörper verringert (184).
  • Gemäß einigen Beispielen kann die Leistungsschaltung 6 das Bestimmte Potential den Knoten der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat anlegen, wie beispielsweise das Potential V– an das Substrat 114 wie in 2 beschrieben. Gemäß anderen Beispielen kann die Leistungsschaltung 6 von der Controllereinheit 5 ein Signal empfangen, nachdem die Controllereinheit 5 ein bestimmtes Potential der Schaltung bestimmt, um das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung über ein Paar von Dioden an das gewöhnliche Substrat anzuschließen wie beispielsweise V– an das gewöhnliche Substrat 114 durch die Dioden 168A, 168B wie in 14 beschrieben. Gemäß noch anderen Beispielen können Schalter anstelle von Dioden verwendet werden.
  • Gemäß einigen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung durch elektrisches Koppeln des Eingangspotentials eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder eines Ausgangspotentials eines Ausganganschlusses der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat anlegen. Mit anderen Worten kann die Controllereinheit 5 ein Potential V– durch elektrisches Koppeln (z.B. Verbindungen 24, 26) von Eingangsanschlüssen 20 oder Ausgangsanschlüssen 22 mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 anlegen.
  • Gemäß anderen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat anlegen, indem das eine oder die mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente so konfiguriert werden, dass sie ein Eingangspotential eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder ein Ausgangspotential eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat koppeln. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 ein Potential V– anlegen, indem ein oder mehrere der GaN-Bauelemente 110 so konfiguriert werden, dass sie Eingangsanschlüsse 20 oder Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 koppeln (z.B. die Verbindungen 24, 26).
  • Gemäß noch anderen Beispielen kann die Controllereinheit 5 das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung dadurch anlegen, dass ein oder mehrere nicht-Galliumnitrid-(nicht GaN-)-Bauelemente so konfiguriert werden, dass sie ein Potential an einem Eingangsanschluss der Leistungsschaltung oder an einem Ausgangsanschluss der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat koppeln. Beispielsweise kann die Controllereinheit 5 das Potential V– anlegen, indem ein oder mehrere nicht-GaN-Bauelemente (z.B. Dioden, Schalter, etc.) so konfiguriert werden, dass sie Eingangsanschlüsse 20 oder Ausgangsanschlüsse 22 elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat 114 des Halbleiterkörpers 111 koppeln (z.B. Verbindungen 24, 26).
    • Klausel 1. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper aufweist: ein gewöhnliches Substrat; und ein Galliumnitrid-(GaN)-basiertes Substrat, das ein oder mehrere GaN-Bauelemente benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweist, wobei das gewöhnliche Substrat elektrisch mit einem Knoten der Leistungsschaltung gekoppelt ist, wobei sich der Knoten auf einem bestimmten Potential befindet, das gleich oder negativer ist als ein Potential an einem oder mehreren Lastanschlüssen des einen oder mehreren GaN-Bauelemente.
    • Klausel 2. Die Leistungsschaltung nach Klausel 1, wobei die eine oder die mehreren Lastanschlüsse aus einer Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem oder mehreren Drainanschlüssen von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen, einem oder mehreren Sourceanschlüssen von dem einen oder mehreren GaN-Bauelementen, einer oder mehrerer Kathodenelektroden von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen, und einem oder mehreren Anodenelektroden von dem einen oder den mehreren GaN-Bauelementen.
    • Klausel 3. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–2, wobei das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung ein Potential von wenigstens einem oder mehreren Eingangsanschlüssen der Leistungsschaltung oder von einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen der Leistungsschaltung aufweist.
    • Klausel 4. Die Leistungsschaltung nach einem der Klauseln 1–3, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ausgewählt ist aus der Gruppe die aus: einem oder mehreren bidirektionalen GaN-Schaltern, einer Vielzahl von GaN-Schaltern, eine Vielzahl von GaN-Dioden und einem GaN-Schalter und einer GaN-Diode.
    • Klausel 5. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–4, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente oder mehrere GaN-Schalter und eine oder mehrere GaN-Dioden aufweisen.
    • Klausel 6. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–5, wobei der Knoten der Leistungsschaltung eine Elektrode von wenigstens einem des einen oder mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente ist, die auf der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats angeordnet sind.
    • Klausel 7. Die Leistungsschaltung nach Klausel 6, wobei die Elektrode in wenigstens einem oder der mehreren GaN-Bauelemente und das zumindest eine von einer Kathodenelektrode eine GaN-Diode oder eine Sourceelektrode eines GaN-Schalters aufweist.
    • Klausel 8. Leistungsschaltung nach einem der Klauseln 1–7, wobei der Halbleiterkörper außerdem aufweist: einen oder mehrere nicht-Galliumnitrid-(-GaN)-Bauelemente, die auf der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats angeordnet sind, wobei der Knoten der Leistungsschaltung eine Elektrode von wenigstens einem des einen oder mehreren nicht-GaN-Bauelemente aufweist, und wobei die Elektrode des wenigstens einen des einen oder der mehreren nicht-GaN-Bauelemente zumindest eine von einer Kathodenelektrode eine nicht-GaN-Diode oder eine Source-Elektrode eines nicht-GaN-Schalters aufweist.
    • Klausel 9. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–8, wobei die Leistungsschaltung zumindest eines von einem Gleichrichter oder einem Inverter aufweist.
    • Klausel 10. Die Leistungsschaltung gemäß einer der Klauseln 1–9, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ein oder mehrere GaN-Schalter und ein oder mehrere GaN-Dioden aufweist, die in zumindest einer Halbbrücken- oder einer H-Brücken-Konfiguration angeordnet sind.
    • Klausel 11. Ein Halbleiterbauelement, das aufweist: ein gewöhnliches Substrat, das elektrisch mit einem Knoten einer Leistungsschaltung gekoppelt ist; und ein oder mehrere Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente aufweisen: ein GaN-Substrat benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats; ein Gebiet mit zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) benachbart zu dem GaN-Substrat und entgegengesetzt der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats; eine Aluminium-Galliumnitrid (AlGaN)-Schicht benachbart zu dem 2DEG-Gebiet und entgegengesetzt dem GaN-Substrat; und einen oder mehrere Lastanschlüsse, wobei das 2DEG-Gebiet Elektronen aufweist, die zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Potential an den Knoten der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat gekoppelt ist, von dem GaN-Substrat weg hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, und wobei das bestimmte Potential gleich oder negativer ist als ein Potential an dem einen oder den mehreren Lastanschlüssen.
  • Das Halbleiterbauelement gemäß Klausel 11, wobei der eine oder die mehreren der Lastanschlüsse ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem oder mehreren Drain-Anschlüssen des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente, einem oder mehreren Source-Anschlüssen des einen oder mehreren GaN-Bauelemente, einem oder mehrere der Kathodenelektroden des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente, und einem oder mehreren Anodenelektroden des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente.
    • Klausel 13. Das Halbleiterbauelement gemäß einer der Klauseln 11–12, wobei das eine oder die mehreren GaN-Bauelemente ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem oder mehreren bidirektionalen GaN-Schaltern, einer Vielzahl von GaN-Schaltern, einer Vielzahl von GaN-Dioden, und einem GaN-Schalter und einer GaN-Diode.
    • Klausel 14. Das Halbleiterbauelement gemäß einem der Klauseln 11–13, wobei das gewöhnliche Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist.
    • Klausel 15. Das Halbleiterbauelement gemäß einer der Klauseln 11–14, wobei eine Rückseite des gewöhnlichen Substrats eine Elektrode des gewöhnlichen Substrats aufweist, die elektrisch von jeder der einen oder mehr Elektroden des einen oder der mehr GaN-Bauelemente isoliert ist.
    • Klausel 16. Das Halbleiterbauelement gemäß Klausel 15, wobei das bestimmte Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung mit der Elektrode des gewöhnlichen Substrats gekoppelt ist und wobei das bestimmte Potential eine Anzahl von Elektronen erhöht, die von dem GaN-Substrat zu der AlGaN des einen oder mehreren GaN-Bauelemente abgestoßen wird.
    • Klausel 17. Ein Verfahren, das aufweist: Festlegen eines bestimmten Potentials an einem Knoten einer Leistungsschaltung, das gleich oder negativer ist als ein Anschlusspotential an einem oder mehreren Lastanschlüssen von einem oder mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelementen, wobei ein jedes des einen oder der mehreren GaN-Bauelemente in einem oder mehreren GaN-Substraten des Halbleiterkörpers enthalten ist, wobei das eine oder die mehreren GaN-Substrate benachbart sind zu einer Vorderseite eines gewöhnlichen Substrats des Halbleiterkörpers; und Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat des Halbleiterkörpers, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials einen Betrag des Stromkollapses in dem Halbleiterkörper verringert.
    • Klausel 18. Das Verfahren gemäß Klausel 17, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung das elektrische Koppeln eines Eingangspotentials eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder eines Ausgangspotentials eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung mit dem gewöhnlichen Substrat aufweist.
    • Klausel 19. Das Verfahren nach einer der Klauseln 17–18, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung das Konfigurieren des einen oder der mehreren Galliumnitrid-(GaN)-Bauelemente aufweist, um ein Eingangspotential von einem Eingangsanschluss der Leistungsschaltung oder einem Ausgangspotential eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung mit dem gewöhnlichen Substrat zu koppeln.
    • Klausel 20. Das Verfahren nach einer der Klauseln 17–19, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung der Konfigurieren eines oder mehrerer nicht-Galliumnitrid-(nicht-GaN)-Bauelemente aufweist, um ein Potential an einen Eingangsanschluss der Leistungsschaltung oder an einem Ausgangsanschluss der Leistungsschaltung elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat zu koppeln.
    • Klausel 21. Eine Leistungsschaltung, die Mittel zur Durchführung der Verfahren der obigen Klauseln 17–20 aufweist.
  • Jede(s) der vorangehend beschriebenen Verfahren, Bauelemente und Schaltungen kann beispielsweise ganz oder teilweise ausgestaltet sein durch irgend einen von verschiedenen Arten von integrierten Schaltungen, Chipsätzen und/oder anderen Bauelementen, und/oder als Software, die von einer Recheneinrichtung ausgeführt wird. Dies kann Prozesse einschließen, die durch einen oder mehrere Mikrocontrollern, zentrale Recheneinheiten (CPUs), Prozessorkernen, feldprogrammierbare Gatterarrays (FPGAs), programmierbare Logikbausteine (PLDs), virtuelle Geräte, die von einer oder mehreren darunter liegenden Recheneinrichtungen ausgeführt werden, oder jede andere Konfiguration von Hardware und/oder Software verrichtet, ausgeführt oder verkörpert werden können.

Claims (20)

  1. Eine Leistungsschaltung, die aufweist: einen Halbleiterkörper, wobei der Halbleiterkörper aufweist: ein gewöhnliches Substrat; und ein Galliumnitrid-(GaN)-basiertes Substrat, das zumindest ein GaN-Bauelement benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats aufweist, wobei das gewöhnliche Substrat elektrisch mit einem Knoten der Leistungsschaltung gekoppelt ist, wobei der Knoten auf einem bestimmten Potential liegt, das gleich oder negativer ist als ein Potential an einem Lastanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements.
  2. Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Lastanschluss ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Drainanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einem Sourceanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einer Kathodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements, und einer Anodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements.
  3. die Leistungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das bestimmte Potential an den Knoten der elektronischen Schaltung ein Potential zumindest einem von einem oder mehreren Eingangsanschlüssen der Leistungsschaltung oder einem oder mehreren Ausgangsanschlüssen der Leistungsschaltung aufweist.
  4. Leistungsschaltung nah einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine GaN-Bauelement ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem bidirektionalen GaN-Schalter, einem GaN-Schalter, einer GaN-Diode, und einem GaN-Schalter und einer GaN-Diode.
  5. Leistungsschaltung nah einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das wenigstens eine GaN-Bauelement einen oder mehrere GaN-Schalter und eine oder mehrere GaN-Dioden aufweist.
  6. Leistungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Knoten der Leistungsschaltung eine Elektrode von dem wenigstens einen Galliumnitrid-(GaN)-Bauelement ist, das auf der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats angeordnet ist.
  7. Leistungsschaltung nach Anspruch 6, wobei die Elektrode von dem wenigstens einen GaN-Bauelement von einer Kathodenelektrode einer GaN-Diode oder einer Source-Elektrode eines GaN-Schalters zumindest eine aufweist.
  8. Leistungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper weiterhin aufweist: zumindest ein nicht-Galliumnitrid-(nicht-GaN)-Bauelement, das auf der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats angeordnet ist, wobei der Knoten der Leistungsschaltung eine Elektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements aufweist und wobei die Elektrode von dem wenigstens einen nicht-GaN-Bauelement von einer Kathodenelektrode einer nicht-GaN-Diode oder einer Source-Elektrode eines nicht-GaN-Schalters zumindest eine aufweist.
  9. Leistungsschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Leistungsschaltung an einem Gleichrichter oder einem Inverter zumindest einen aufweist.
  10. Leistungsschaltung nach einem der Ansprüche 1–8, wobei das wenigstens eine GaN-Bauelement zumindest einen GaN-Schalter zumindest eine GaN-Diode aufweist, die in zumindest einer von einer Halbbrücken- oder H-Brücken-Konfiguration angeordnet sind.
  11. Halbleiterbauelementanordnung, die aufweist: ein gewöhnliches Substrat, das elektrisch mit einem Knoten einer Leistungsschaltung gekoppelt ist; zumindest ein Galliumnitrid-(GaN)-Bauelement, wobei das zumindest eine GaN-Bauelement aufweist: ein GaN-Substrat benachbart zu einer Vorderseite des gewöhnlichen Substrats; ein Gebiet mit zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) benachbart zu dem GaN-Substrat und entgegengesetzt der Vorderseite des gewöhnlichen Substrats; eine Aluminium-Galliumnitrid-(AlGaN)-Schicht benachbart zu dem 2DEG-Gebiet und entgegengesetzt dem GaN-Substrat; und zumindest einen Lastanschluss, wobei das 2DEG-Gebiet Elektronen aufweist, die zumindest teilweise basierend auf einem bestimmten Potential an dem Knoten der Leistungsschaltung, der elektrisch mit dem gewöhnlichen Substrat gekoppelt ist, von dem GaN-Substrat weg hin zu der AlGaN-Schicht abgestoßen werden, und wobei das bestimmte Potential gleich oder negativer ist als ein Potential an dem zumindest einen Lastanschluss.
  12. Halbleiterbauelementanordnung gemäß Anspruch 11, wobei zumindest ein Lastanschluss ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Drainanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einem Sourceanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einer Kathodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements, und einer Anodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements.
  13. Halbleiterbauelementanordnung gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei das zumindest eine GaN-Bauelement ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem Drainanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einem Sourceanschluss des wenigstens einen GaN-Bauelements, einer Kathodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements, und einer Anodenelektrode des wenigstens einen GaN-Bauelements.
  14. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 11–13, wobei das gewöhnliche Substrat ein Siliziumsubstrat aufweist.
  15. Halbleiterbauelementanordnung nach einem der Ansprüche 11–14, wobei eine Rückseite des gewöhnlichen Substrats eine Elektrode des gewöhnlichen Substrats aufweist, die elektrisch von jedem der einen oder mehreren Elektroden des zumindest einen GaN-Bauelements elektrisch isoliert ist.
  16. Halbleiterbauelementanordnung nach Anspruch 15, wobei das bestimmte Potential an den Knoten der Leistungsschaltung mit der Elektrode des gewöhnlichen Substrats gekoppelt ist, und wobei das bestimmte Potential eine Menge an Elektronen erhält, die von dem GaN-Substrat zu de AlGaN des zumindest einen GaN-Bauelements abgestoßen werden.
  17. Verfahren, das aufweist: Festlegen eines bestimmten Potentials an einem Knoten einer Leistungsschaltung, das gleich oder negativer ist als ein Anschlusspotential an einem Lastanschluss von zumindest einem Galliumnitrid-(GaN)-Bauelement, das wenigsten eine GaN-Bauelement auf einem oder mehreren GaN-Substraten eines Halbleiterkörpers enthalten ist, wobei das eine oder die mehreren GaN-Substrate einer Vorderseite eines gewöhnlichen Substrats des Halbleiterkörpers benachbart sind; und Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung an das gewöhnliche Substrat des Halbleiterkörpers, wobei das Anlegen des bestimmten Potentials eine Größe eines Stromkollapses in dem Halbleiterkörper verringert.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Anlegen des bestimmten Potentials an dem Knoten der Leistungsschaltung das elektrische Koppeln eines Eingangspotentials eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder eines Ausgangspotentials eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung mit dem gewöhnlichen Substrat aufweist.
  19. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung das Konfigurieren des zumindest einen Galliumnitrid-(GaN)-Bauelements umfasst, um ein Eingangspotential eines Eingangsanschlusses der Leistungsschaltung oder ein Ausgangspotential eines Ausgangsanschlusses der Leistungsschaltung mit dem gewöhnlichen Substrat zu koppeln.
  20. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Anlegen des bestimmten Potentials an den Knoten der Leistungsschaltung das Konfigurieren von zumindest einem nicht-Galliumnitrid-(nicht-GaN)-Bauelement aufweist, um ein Potential an einem Eingangsanschluss der Leistungsschaltung an einem Ausgangsanschluss der Leistungsschaltung mit dem gewöhnlichen Substrat zu koppeln.
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