JP2002540641A - 電池式装置のためのスイッチ回路および半導体スイッチ - Google Patents

電池式装置のためのスイッチ回路および半導体スイッチ

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JP2002540641A JP2000608491A JP2000608491A JP2002540641A JP 2002540641 A JP2002540641 A JP 2002540641A JP 2000608491 A JP2000608491 A JP 2000608491A JP 2000608491 A JP2000608491 A JP 2000608491A JP 2002540641 A JP2002540641 A JP 2002540641A
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Abstract

(57)【要約】 例えば、移動電話または携帯コンピュータのような電池式装置のスイッチ回路は、４端子両方向性の半導体スイッチ（Ｍ１）および保護ダイオード（Ｄｂｇ）を具備する。スイッチ（Ｍ１）は、制御信号（Ｖｇ）を付与して上記スイッチの本体領域（１１）において伝導経路（１２）を形成し、電池（Ｂ）と上記装置の電力線（２）との間でスイッチ（Ｍ１）をオンおよびオフするための制御ゲート端子（ｇ）を有する。スイッチ（Ｍ１）はまた、本体領域（１１）にバイアス電位（Ｖｍｉｎ）を付与するために作用するバイアス路においてバックゲート端子（ｂ；ｂｇ）を有する。保護ダイオード（Ｄｂｇ）は、例えば、電池（Ｂ）を再充電する際、スイッチ（Ｍ１）を横切る逆電圧極性の場合に、本体領域（１１）とゲートバイアス端子（ｂ、ｂｇ）との間の電流の流れを妨げる整流障壁（２５；２５′）を上記バイアス路に設けるように、バックゲート端子（ｂ；ｂｇ）に直列であるダイオード通路を有する。好ましくは保護ダイオード（Ｄｂｇ）は、本体領域（１１）とゲートバイアス端子（ｂｇ）との間の上記バイアス路にその整流障壁を形成するｐ−ｎ接合（２５′）またはショットキー障壁（２５）とともに、スイッチ（Ｍ１）の半導体装置本体（１０）と集積される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、例えば移動電話または携帯コンピュータのような電池式装置のスイ
ッチ回路に関する。本発明はまた、このようなスイッチ回路における使用に適し
ている４端子両方向性の半導体スイッチ、およびこのようなスイッチ並びにスイ
ッチ回路を具備してなる電池式装置に関する。
【０００２】 米国特許明細書ＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０は、４端子両方向性スイッチお
よび保護ダイオードを具備してなる電池式装置用のいくつかのスイッチ回路を開
示している。スイッチは、電池と装置の電力線との間にスイッチを接続するため
に作用する第一および第二主端子の間に主電流路を有する。スイッチは、制御信
号をスイッチに付与してスイッチの本体領域に伝導路を形成するために作用する
制御ゲート端子を有し、伝導路はスイッチをオン並びにオフさせるための主電流
路の一部を形成している。スイッチは、本体領域にバイアス電位を付与するため
に作用するバイアス路にバックゲート端子を有する。ＵＳ−Ａ−５，６８２，０
５０の全内容は参照資料としてここに準拠される。
【０００３】 ＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０には、スイッチの第一および第二主端子を横切
る逆電圧極性の場合にスイッチおよび電池を保護する回路構造が開示されている
。これは、例えばスイッチ回路が電池充電器に反転結線すなわち誤極性で接続さ
れていると生じうる。スイッチの本体領域は、スイッチと平行に接続されている
寄生２極性トランジスタのベース領域として作用する。ＵＳ−Ａ−５，６８２，
０５０の図１２Ｂおよび１２Ｃは、スイッチの端子、すなわち第一および第二主
端子のうち特定の端子に接続されているダイオード通路を有する保護ダイオード
（ショットキーダイオード）を有する保護回路構造を示す。この特定の一主端子
は、電池には接続されていないが電池充電器には接続されているものである。
【０００４】 図１２Ｂの回路において、ダイオードを通る電流は、接地電位でバックゲート
端子にダイオードを接続している抵抗器ＲＢによって制限されている。図１２Ｃ
の回路において、バックゲート端子と独立して、ダイオードは直接、接地に接続
されている。いずれの場合も、寄生２極性トランジスタのオンを防ぐことが意図
されている。ＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０は、スイッチおよび電池を適切に保
護できないとしてこれらの簡単なダイオード回路を排除している。代わりに、Ｕ
Ｓ−Ａ−５，６８２，０５０は、３つのＭＯＳＴを備えている、より複雑な保護
回路（図１３）を提案している。ＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０に示されている
すべての保護回路において（図１２Ｂ〜１２Ｄ、１３Ａ〜１３Ｅ、および１４Ａ
＆１４Ｂ）、スイッチの本体領域は、別の／上記抵抗器ＲＢを介して接地電位で
バックゲート端子に接続されている。
【０００５】 本発明は、簡単であり、しかもスイッチの第一および第二主端子を横切る逆電
圧極性の場合に適切な保護を行うことができる保護ダイオード配置を備えたスイ
ッチ回路および４端子スイッチを提供することを目的としている。
【０００６】 本発明によるスイッチ回路および／またはスイッチは、そのバイアス路におい
て整流障壁を設けるように、スイッチのバックゲート端子と直列のダイオード通
路を有する保護ダイオードを含む。この整流障壁は、上記スイッチの第一および
第二主端子を横切る逆電圧極性の場合、上記スイッチの本体領域およびバックゲ
ート端子間の電流の流れを妨げる。従って、上記スイッチの本体領域が寄生２極
性トランジスタのベース領域として作用する状態であると、本発明による保護ダ
イオードの上記整流障壁が上記バックゲート端子から本体領域（寄生ベース）へ
のベース電流を妨げる。
【０００７】 ショットキー障壁またはｐ−ｎ接合が上記保護ダイオードを形成してもよい。
上記スイッチおよび保護ダイオードは、それぞれが自体の端子とともに半導体を
具備してなる別体の部品である。あるいは、上記保護ダイオードは、上記スイッ
チの半導体装置本体または、例えば制御集積回路（ＩＣ）と集積してもよい。
【０００８】 従って、例えば本発明は、請求項１〜３に記載の特徴を有する新規なスイッチ
回路の具体例を提供し、例えば、請求項４〜９に記載の特徴を有する（集積保護
ダイオードを備える）新規な４端子両方向性の半導体スイッチの具体例も提供さ
れている。
【０００９】 本発明の具体例は、添付する概略図を参照して例証とし説明する。
【００１０】 注目すべきはすべての図が略図である。図３〜８および１０において図面の部
品の相対的寸法および割合は、明瞭並びに好都合に図示するために、サイズを誇
張または縮小して示されている。同じ参照記号は一般に、修正されたおよび異な
る具体例における相当するまたは同様の特徴を示すために使用される。
【００１１】 図１、２、９、１１および１２のスイッチ回路は、例えば移動電話または携帯
コンピュータのような電池式装置に使用してもよい。上記回路は、上記装置の作
動において電池Ｂを接続および切断するために作用する４端子両方向性の半導体
スイッチＭ１を具備してなる。現在重要な一特定用途は、携帯電話における再充
電可能な電池パック（例えば、リチウム・イオン電池パック）である。スイッチ
Ｍ１は、（電池Ｂの充電または放電のいずれか）正規の操作時、両方向に伝導し
なければならない。スイッチＭ１は過剰充電または過剰放電その他の故障条件の
場合、閉塞しなければならない。過剰放電は、放出された電流によって上記電池
の電圧がある低限値よりも下がったために生じる。このような電流は、正規の操
作時に生じるかまたは短絡もしくは逆接続された充電器５によって生じる。
【００１２】 スイッチＭ１はゲート電解効果装置、典型的な横形または縦形の電力ＭＯＳＴ
、図３〜８に示されている特定の例である。スイッチＭ１は、電池Ｂと電力線２
との間にＭ１を接続するために作用する第一、第二主端子ｓとｄとの間に主電流
路を有する。通常、線２は上記装置の電荷ＥＬが接続されているものである。制
御ゲート端子ｇは周知の方法でＭ１に制御信号Ｖｇを付与して上記スイッチの本
体領域１１に伝導経路１２を形成するために作用する。この伝導経路１２（スイ
ッチのオン状態にのみ存在）は上記主電流路の一部を形成するので、Ｍ１をオン
並びにオフさせるために機能する。
【００１３】 スイッチＭ１は、バイアス電位Ｖｍｉｎを（線１で）本体領域１１に付与する
ために作用するバイアス路におけるバックゲート端子を有する。このＭ１のバッ
クゲート端子は本体領域１１への直接的な端子結線ｂかまたは本体領域１１への
間接的な端子結線ｂｇでもよい。それは、図１１および１２の周知の回路におけ
る直接的な端子結線ｂである。図３〜８の集積スイッチにおいて、Ｍ１のバック
ゲート端子ｂｇとその本体領域１１との間の上記バイアス路に追加の集積部品（
ダイオードＤｂｇ）がある。図１、２および９の回路において、上記スイッチの
バックゲート端子は、ＤｂｇがＭ１と集積されていない場合は直接端子ｂでもよ
く、Ｄｂｇが集積されている場合は間接的な端子ｂｇでもよい。
【００１４】 図示されている回路において、スイッチＭ１は電池Ｂの高い側（＋）で接続さ
れ、線１は典型的に接地電位（Ｖｍｉｎ＝０Ｖ）である。制御回路Ｃ−ＩＣ（例
えば周知型の集積回路）は制御信号Ｖｇをスイッチ端子ｇに付与し、また電圧Ｖ
ｄｄを電力線２に対して付与および／または感知してもよい。これらの具体例に
示されているように、制御回路Ｃ−ＩＣは電池Ｂの正負端子から感知入力ＶＢ＋ およびＶＢ−を取ってもよい。
【００１５】 図１、２および９のスイッチ回路はさらに、上記スイッチの第一および第二主
端子ｓおよびｄを横切る逆電圧極性の場合にスイッチＭ１および電池Ｂを保護す
る保護ダイオードＤｂｇも具備してなる。本発明によれば、Ｄｂｇのダイオード
通路はＭ１のバックゲート端子（ｂまたはｂｇ）に接続されている。従って、以
下に述べるように、Ｄｂｇのダイオード通路はバックゲート端子（ｂまたはｂｇ
）と直列なので、第一および第二主端子ｓおよびｄを横切る逆電圧極性の場合に
本体領域１１と上記バックゲート端子との間の電流の流れを妨げる整流障壁がバ
イアス路ａに設けられる。
【００１６】 図１１の周知回路において、高い側の両方向性スイッチＭ１は周知の型である
。その本体領域１１はバックゲート端子ｂによって線Ｖｍｉｎ、従って電池Ｂの
負端子に直接、接続されている。この電力ＭＯＳＴスイッチＭ１のソースからバ
ックゲートへのｐ−ｎ接合Ｄ１は、電池Ｂによるすべての状況下で逆バイアスさ
れる。ソースからバックゲートへのｐ−ｎ接合Ｄ１は、上記電池電圧よりも高い
破壊電圧を有するように設計されている。（本体領域１１のバイアスから生じる
）所謂本体効果またはバックゲート効果がＭＯＳしきい値のわずかな増加を生じ
させる。
【００１７】 外部電圧が正である限り（即ちＶｐ−Ｖｍｉｎ＞０Ｖ）Ｍ１のドレーンからバ
ックゲートへのｐ−ｎ接合Ｄ２も逆バイアスである。逆バイアス接合Ｄ１および
Ｄ２の両方の漏れ電流はバックゲート端子ｂからの結線を経て（電池Ｂの負端子
に接続されている）接地線１に流れる。
【００１８】 しかしながら、図１１のスイッチ回路において、高い側のスイッチＭ１のドレ
ーンからバックゲートへの接合Ｄ２は負の外部電圧に対して順バイアスとなるこ
とができる（即ちＶｐ−Ｖｍｉｎ＜０Ｖ）。これは、例えば電池充電器５が図１
２に示されているように「誤」極性で接続されていると生じる。（誤極性電圧Ｖ
ｃｈを有する）充電器５は大きな電流を順バイアス接合Ｄ２に強制的に流す。２
つのバックゲート接合Ｄ１およびＤ２は実際に寄生２極性トランジスタＴ１を形
成しているので（図１２）、この電流は寄生２極性トランジスタＴ１のベース電
流Ｉｂと考えることができる。従って、図１２に示されているように、コレクタ
電流Ｉｃは電池ＢからＴ１によって引かれる。
【００１９】 電池放出電流Ｉｃの値は寄生２極性トランジスタＴ１の電流利得によるが、過
度に高いと予測してもよい。従って、電池Ｂは放電されて、制御Ｃ−ＩＣは電池
Ｂが放電されることをやめさせるために何もすることができない。これは受け入
れられない。ＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０に記載されているように、この状況
は、バックゲートバイアス路に直列抵抗器を設けても、ショットキー・ダイオー
ド・クランプをスイッチ端子ｄで設けても状態はうまく補修することができない
。
【００２０】 本発明は、外部電圧が負である場合（例えば、電池充電器５が「誤」極性で接
続されていると）電池Ｂが放電されないということを確実にできない図１１の回
路の簡単なダイオードの修正例を提供する。これは、図１、２および９の新規な
回路および図３〜８の新規な集積スイッチに示されているように、電力ＭＯＳＴ
Ｍ１のバックゲート端子結線においてダイオードＤｂｇを追加することによって
達成される。ダイオードＤｂｇは寄生２極性トランジスタＴ１が有効となること
を防ぐ。
【００２１】 スイッチＭ１が導電している場合（電池充電形態または電池放電形態のいずれ
かにおいて）端子ｄおよびｓは、電池電圧にほぼ等しいので一般に１Ｖよりも大
きい電圧を有する。接合Ｄ１およびＤ２は両方とも、電池電圧Ｖｂａｔにほぼ等
しい電圧によって逆バイアスされる。ダイオードＤｂｇは、Ｄ１およびＤ２を通
る漏れ電流によって順バイアスされる。
【００２２】 スイッチＭ１が閉塞して過剰充電を避ける場合、ダイオードＤｂｇはなお順バ
イアスされる。接合Ｄ１はなお、電池電圧Ｖｂａｔよりもわずかに小さい電圧に
よって逆バイアスされる。接合Ｄ２を横切る逆バイアス電圧は、無負荷時の充電
器の電圧Ｖｃｈにほぼ等しい値まで増加する。
【００２３】 スイッチＭ１が閉塞して過剰放電を避け且つ外部電圧がなお正（Ｖｐ−Ｖｍｉ
ｎ＞０Ｖ）であると、逆バイアス電圧は上述した状況における電圧以下である。
【００２４】 スイッチＭ１が閉塞して過剰放電を避け且つ外部電圧が負であると（例えば図
２に示されているように充電器５が「誤」極性で接続されているためにＶｐ−Ｖ
ｍｉｎ＜０Ｖ）、接合Ｄ１およびダイオードＤｂｇは両方とも逆バイアスされ；
接合Ｄ２はＤ１およびＤｂｇを通る漏れ電流によって順バイアスされる。保護ダ
イオードＤｂｇを横切る逆バイアス電圧はＶｃｈよりもわずかに小さい。接合Ｄ
１を横切る逆バイアス電圧は、ほぼ（Ｖｃｈ＋Ｖｂａｔ）に等しい。Ｄ１および
Ｄｂｇを通る漏れ電流はともに（Ｄ１およびＤ２によって形成される）寄生２極
性トランジスタＴ１に対してベース電流を提供し、これは図２に示されているよ
うに、電流利得係数によって増幅される。しかしながら、（コレクタ電流Ｉｃに
相当している）電池Ｂを通る全放出電流は小さいので、これにより図１１および
１２の回路の上述した問題を解決する。
【００２５】 保護ダイオードＤｂｇは別体の部品として付加するか、制御回路Ｃ−ＩＣに集
積するか、またはスイッチＭ１に集積することが可能である。
【００２６】 例証として、図３および４は、そうでなければＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０
に示されているような一般的な型である横形電力ＭＯＳトランジスタＭ１におい
てＤｂｇを集積させる２つの異なる方法を示す。この２方向性ＭＯＳトランジス
タＭ１は、典型的にはシリコンからなる半導体１０を具備してなる。Ｍ１の本体
領域１１は本体１０の基板領域でもよく、図３および４の実施例においてｐ型シ
リコンからなる。Ｍ１のソースおよびドレーンは、上記基板領域の上面でドーパ
ント植え込みおよび／または拡散によって周知の方法で形成してもよいｎ型ドー
プ領域を含む。図示されている具体例において、上記制御ゲートは、ゲート誘電
体１６によって経路収納領域に接続されているゲート電極１５を含む絶縁ゲート
（ＭＯＳ）型である。上記ソースおよびドレーン端子は、この表面で厚い絶縁層
１８における窓で領域１３および１４に接続されている別体の金属電極ｓおよび
ｄを含む。Ｍ１に対するこれまで説明してきた図３および４の構造は周知の型で
ある。
【００２７】 しかしながら、本発明の集積型によれば、保護ダイオードＤｂｇは、本体領域
１１とＭ１のゲートバイアス端子ｂｇとの間のバイアス路に整流障壁２５または
２５′を提供する。
【００２８】 図３に示されている形式において、この整流障壁は、本体領域１１と金属ベー
スの層２０との間に直接形成されているショットキー接合２５である。ショット
キー電極層２０は、バックゲート端子ｂｇの金属被覆の少なくともシリコン隣接
部を形成する。従って、特定の実施例において、図３の電極層２０は、チタニウ
ム上でシリコン本体領域１１およびより厚くて伝導性のある層（例えばアルミニ
ウム）に隣接しているチタニウムの薄い障壁層を含んでもよい。
【００２９】 図４に示されている形式において、上記整流障壁は、本体領域１１と、反対の
伝導型、すなわちこの特定の実施例においてｎ型のダイオード領域２６との間の
ｐ−ｎ接合２５′である。ダイオード領域２６は、ｐ型基板の裏面でドーパント
植え込みおよび／または拡散によって形成可能である。バックゲート端子ｂｇは
、ダイオード領域２６に接続されている基板のバック金属被覆によって設けられ
る。
【００３０】 集積ダイオードＤｂｇを備えていない周知のスイッチと異なり、図３および４
のスイッチにおける装置本体１０に対するバック金属被覆は、ｐ型本体領域１１
とのオーム接触を何ら形成しない。
【００３１】 本発明はＵＳ−Ａ−５，６８２，０５０に開示されている他の特徴と結合され
てもよい。従って、例えば、ショットキー・クランプ・ダイオードは、バックゲ
ート接続においてダイオードＤｂｇを設けることに加えて、ソースｓに結合され
てもよい。
【００３２】 図３および４のスイッチは、ソースおよびドレーン領域１３、１４が本体１０
の同じ表面に隣接して存在し且つ保護ダイオードＤｂｇが反対の（即ち裏）面に
形成されている横形装置である。図５および６は横形装置の他の具体例を示して
いるが、この修正例において保護ダイオードＤｂｇは、ソースおよびドレーン領
域１３、１４と同じ面で集積される。保護ダイオードＤｂｇはこのシリコン面で
ショットキー障壁２５と形成してもよい。しかしながら、図５および６はｐ−ｎ
接合２５′を備えたダイオードＤｂｇを示す。
【００３３】 このように、図５および６のダイオードＤｂｇは、ソースおよびドレーン領域
１３、１４と同じドーピング段階で形成してもよい反対の伝導型（これら特定の
実施例においてｐ型）の半導体領域２６を含む。これらの修正具体例において、
制御ゲート端子ｇおよびバックゲート端子ｂｇは、スイッチ本体１０の共通面に
隣接して存在している。これらは、制御ゲートｇと同じ工程で形成してもよい絶
縁ゲートｉｇによって互いに分離されている。しかしながら、絶縁ゲートｉｇは
制御ゲートｇから離れ且つ別にバイアスされてダイオード領域２６に隣接してい
る経路１２の形成を避ける。好ましくは、絶縁ゲートｉｇはバックゲート端子ｂ
ｇ、従って０Ｖに接続されている。
【００３４】 集積ｐ−ｎダイオードＤｂｇを備えている図５および６の横形装置において追
加の寄生２極性トランジスタＴ２およびＴ３が設けられている。これらの寄生Ｔ
２およびＴ３はダイオード領域２６とソースおよびドレーン領域１３、１４との
間に形成される。それらはＤｂｇを通る漏れ電流を増幅する。しかしながら、Ｔ
２およびＴ３の増幅効果は、（ｉ）ダイオード領域２６とスイッチ領域１３、１
４との横方向の間隔を増加させ、および／または（ｉｉ）絶縁ゲートｉｇの下の
本体領域１１のドーピング濃度を局所的に増加させ、および／または（ｉｉｉ）
図６に示されているように別の２極性トランジスタＴ４を形成することによって
、許容されるレベルまで低減させることができる。
【００３５】 図６の装置は、領域１３、１４および２６と同じ（反対の）伝導型の追加の半
導体領域６０を有する。この領域６０は領域１１および２６とともにＴ４を形成
する。追加の半導体領域６０は、保護ダイオードＤｂｇを通る漏れ電流に基づき
Ｔ２およびＴ３の増幅効果を相殺するように金属被覆トラック６１によって本体
領域１１に接続されている。
【００３６】 本発明はまた、縦形のスイッチＭ１で採用されてもよい。このように、例えば
、図７および８は所謂溝ゲート型の縦形装置の具体例を示し、ソースおよびドレ
ーン領域１３、１４は本体１０の両表面に形成され、経路１２は溝ゲート１５の
絶縁側壁に隣接して縦に形成されている。この場合、Ｄｂｇは、本体１０の上面
の領域、例えば２つの隣接している溝領域の間において、または溝によって画定
されている領域の外側に（ｐ型本体領域１１の接続された部分と）形成してもよ
い。
【００３７】 図７の集積スイッチは特にコンパクトなレイアウトである。この装置において
、ダイオードＤｂｇは、絶縁ゲートｉｇを含む２つの溝の間の領域に形成されて
いる。ダイオードＤｂｇは、ダイオード領域２６と本体領域１１との間にｐ−ｎ
接合２５′を有するｐ−ｎ接合型である。このダイオード領域２６はソース領域
１３と同じドーピング段階において形成してもよい。（スイッチのバックゲート
端子ｂｇを形成している）その電極結線はソース端子ｓから分離されているが、
ｂｇおよびｓの両方は、共通の電極金属被覆層をパターン化することによって形
成することができる。
【００３８】 図８は、ダイオードＤｂｇが制御ゲートｇを含む２つの溝の間の広い領域の中
心部に局所的に形成されているあまりコンパクトではない装置のレイアウトを示
す。この特定の具体例において、Ｄｂｇは、ｐ型本体領域１１とバックゲート金
属被覆ｂｇとの間にショットキー障壁２５を有するショットキーダイオードであ
る。絶縁層１９は、バックゲート端子ｂｇと別のソース端子ｓとの間に存在して
いる。
【００３９】 一般的にスイッチ回路の操作において、電池Ｂの側方でスイッチ接合（Ｄ１）
を横切って現れる逆バイアス電圧は、電力線２の側方でスイッチ接合（Ｄ２）を
横切って現れる逆バイアス電圧よりも大きい。縦形装置において、例えば図７お
よび８に示されているように、ドレーンからバックゲートへの接合（領域１４お
よび１１間）の破壊電圧は、ソースからバックゲートへの接合（領域１３および
１１間）の破壊電圧よりも一般に高い。この状況において、図９に示されている
ように、スイッチＭ１のソースおよびドレーン端子ｄ、ｓを交換することは好都
合でありうる。
【００４０】 多くの他の修正および変更は本発明の範囲内で可能である。従って、例えば、
ショットキーダイオードＤｂｇは、非常に低い漏れ電流が集積スイッチＭ１に対
して特定される場合、（ｐ−ｎ接合ダイオードＤｂｇの代わりに）図５および７
の装置に採用してもよい。一般に図３〜８における本体領域１１のドーピングを
選ぶことによって伝導経路１２に対して所望のゲートしきい値を与える。この本
体領域のドーピングは通常、きわめて低く（例えば約１０１７または２×１０１ ７ ｃｍ−３）、ショットキー電極２０に対して特定の金属を適切に選択して所望
の障壁高さのショットキー障壁を形成することに適している。しかしながら、所
望される場合、本体領域のドーピングとショットキー電極２０との間に形成され
ているショットキー障壁の障壁高さは、米国特許３，９４３，５５２（弊所参照
番号：ＰＨＢ３２３４９）における教示によって、領域１１のダイオード領域に
、浅く高くドープされ完全に空乏化された表面層を含めることによって調節する
ことができる。
【００４１】 図３から８に示されているｎ経路向上装置の代わりに、領域Ｍ１およびＤｂｇの
伝導型を反転させることによって、相当する電圧極性の変化で操作されるｐ経路
向上装置を製造してもよい。さらに、本発明は空乏経路装置で使用してもよい。
（集積保護ダイオードＤｂｇを備える）２以上のスイッチＭ１は、共通半導体１
０に集積することによって、例えば、上記装置において多数の電池の同時充電お
よび放電のための電池多重化回路において多重スイッチを設けてもよい。単結晶
シリコンは現在スイッチ本体１０に対して一般に使用されているが、例えば炭化
シリコンのような他の半導体材料を使用してもよい。
【００４２】 図面はスイッチ本体１０において集積を示しているが、保護ダイオードＤｂｇ
は、スイッチＭ１および制御回路Ｃ−ＩＣのいずれかの上に、薄膜部品として集
積してもよい。図１０に示されているように、Ｄｂｇの整流障壁は、ゲート−バ
イアス端子線１とスイッチＭ１の本体領域１１との間の結線の一部を形成してい
る半導体層３０において反対の伝導型の領域Ｎ＋とＰ＋との間のｐ−ｎ接合２５
″でもよい。半導体層３０は、スイッチ本体１０および制御回路Ｃ−ＩＣの半導
体１０′のいずれかの表面で厚い絶縁層３５上に存在してもよい。そのダイオー
ド領域Ｎ＋およびＰ＋は、このダイオードＤｂｇ上で絶縁層における窓で金属被
覆トラックによって接触してもよい。Ｃ−ＩＣ回路で集積された場合、これらの
金属被覆トラックは、それぞれ接地線１およびＭ１の直接バックゲート端子ｂに
接続されている端子でもよい。Ｍ１で集積された場合、これらの金属被覆トラッ
クはＭ１の間接的バックゲート端子ｂｇおよび本体領域１１への内部直接結線で
もよい。
【００４３】 本開示を読むことから、他の変更および修正は当業者にとって明らかである。
このような変更および修正は、電池式装置の半導体装置およびスイッチ回路の設
計、製造および使用において既知であり、ここにすでに記載されている特徴の代
わりにまたは加えて使用してもよい等価物および他の特徴を含んでもよい。
【００４４】 請求項は本願において特徴の特定の組合せに対して式示されたが、理解すべき
は本発明の開示の要旨はまた、現在、任意の請求項に記載されている発明と同じ
発明に関するか否か、また本発明が軽減する問題と同じ技術的問題の任意または
すべてを軽減するか否かにかかわらず、明示および暗示のいずれかでここに開示
された任意の新規特徴または任意の新規特徴の組合せ、またはその一般論も含む
。本出願人はこれにより、本願またはこれから導かれる任意の更なる出願の遂行
時に、任意のこのような特徴および／またはこのような特徴の組合せに対して、
新たな請求項が式示されてもよいことを知らせるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４端子両方向性の半導体スイッチおよび保護ダイオードを具備してなる、本発
明によるスイッチ回路の一具体例の回路図である。
【図２】 誤極性で接続されている電池充電器が追加されている図１のスイッチ回路の回
路図である。
【図３】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図４】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図５】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図６】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図７】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図８】 本発明による集積保護ダイオードを有し且つ図１の回路に適している４端子両
方向性の半導体スイッチの異なる各具体例の有効装置領域の一部を示す断面図で
ある。
【図９】 図７および８の４端子両方向性の半導体スイッチを具備することに適している
、本発明によるスイッチ回路の別の具体例の回路図である。
【図１０】 本発明による集積保護ダイオードの別の具体例の断面図である。
【図１１】 本発明によるバックゲート保護ダイオードのない、４端子両方向性の半導体ス
イッチを具備してなる周知のスイッチ回路の回路図である。
【図１２】 誤極性で接続されている電池充電器が追加された、図１１の周知のスイッチ回
路の回路図である。
【符号の説明】
１ 線 ２ 電力線 Ｍ１ スイッチ Ｂ 電池 Ｄｂｇ 保護ダイオード １１ シリコン本体領域 １２ 金属ベース層 １３、１４ ソースおよびドレーン領域 ２０ 電極層 ２５ ショットキー結合 ２６ ダイオード領域 ３０ 半導体層 ３５ 絶縁層 ６０ 半導体領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｌ 29/78 Ｈ０１Ｌ 27/04 Ｈ ６５３ 29/48 Ｆ ６５７ 29/872 (72)発明者 フランシスクス、エイ．シー．エム．スク ーフス オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ．ホルストラーン、６ (72)発明者 ピーター、ジー．ブランケン オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ．ホルストラーン、６ (72)発明者 レイモンド、ジェイ．グローバー オランダ国5656、アーアー、アインドーフ ェン、プロフ．ホルストラーン、６ Ｆターム(参考） 4M104 AA01 AA03 CC03 FF01 GG03 5F038 AV04 AV06 BH05 BH14 DF01 EZ20 5F048 AA02 AA03 AB10 AC01 AC06 AC10 BA01 BB05 BD04 BD07 CC06 CC08 CC13 CC18 5F140 AA20 AB01 AB06 AB07 AC09 AC23 BA01 CB06 DA01 DA08 【要約の続き】 するｐ−ｎ接合（２５′）またはショットキー障壁（２ ５）とともに、スイッチ（Ｍ１）の半導体装置本体（１ ０）と集積される。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ４端子両方向性の半導体スイッチおよび保護ダイオードを具備してなる電池式
    装置のスイッチ回路であって、上記スイッチは、上記スイッチを電池と上記装置
    の電力線との間に接続するために作用する第一および第二主端子間の主電流路を
    有し、上記スイッチは制御ゲート端子を有し、この制御ゲート端子は上記スイッ
    チに制御信号を付与して、上記スイッチをオンおよびオフするための上記主電流
    路の一部を形成する伝導経路を上記スイッチの本体領域に形成するために作用す
    るものであり、上記スイッチは、バイアス電位を上記本体領域に付与するために
    作用するバイアス路においてバックゲート端子を有し、上記保護ダイオードは、
    上記スイッチの上記第一および第二主端子を横切る逆電圧極性の場合に上記スイ
    ッチおよび電池を保護するために上記スイッチの端子に接続されているダイオー
    ド通路を有し、上記スイッチ回路は、上記第一および第二主端子を横切る逆電圧
    極性の場合に上記本体領域と上記バックゲート端子との間の電流の流れを妨げる
    整流障壁を上記バイアス路に設けるように、上記バックゲート端子と直列である
    上記ダイオード通路により特徴づけられる、スイッチ回路。
  2. 【請求項２】 上記スイッチおよび上記保護ダイオードは、それぞれが自身の端子を備える半
    導体を含む別体の部品であり、上記スイッチの上記バックゲート端子が上記ダイ
    オードの端子に接続されていることをさらに特徴とする、請求項１に記載のスイ
    ッチ回路。
  3. 【請求項３】 上記保護ダイオードが、上記スイッチの半導体装置本体と集積され、上記本体
    領域と上記スイッチの上記バックゲート端子との間の上記バイアス路においてそ
    の整流障壁を有することをさらに特徴とする、請求項１に記載のスイッチ回路。
  4. 【請求項４】 集積保護ダイオードを含み且つ請求項３に記載の電池式装置のスイッチ回路に
    おける使用に適し、第一および第二主端子、制御ゲート端子およびバックゲート
    端子を有する４端子両方向性の半導体スイッチであって、このスイッチの主電流
    路は上記第一および第二主端子の間に延び、上記スイッチをオンおよびオフする
    ための上記制御ゲート端子に付与される制御信号によって上記スイッチの本体領
    域に形成された伝導経路を含み、上記バックゲート端子は上記本体領域にバイア
    ス電位を付与するために作用し、上記保護ダイオードは、上記スイッチの上記第
    一および第二主端子を横切る逆電圧極性の場合に上記スイッチおよび電池を保護
    するために上記スイッチの端子に接続されているダイオード通路を有し、このダ
    イオード通路が、上記本体領域および上記バックゲート端子の間の上記バイアス
    路に整流障壁を設けることによって、上記バックゲート端子に直列に接続され、
    上記整流障壁が、上記第一および第二主端子を横切る逆電圧極性の場合に上記本
    体領域と上記バックゲート端子との間の電流の流れを妨げることを特徴とする、
    スイッチ。
  5. 【請求項５】 上記整流障壁が、上記本体領域とバックゲート端子に接続されている反対の伝
    導型の半導体領域との間のｐ−ｎ接合であることをさらに特徴とする、請求項４
    に記載のスイッチ。
  6. 【請求項６】 上記整流障壁が、上記本体領域と上記バックゲート端子の少なくとも一部を形
    成する金属ベースの層との間のショットキー接合であることをさらに特徴とする
    、請求項４に記載のスイッチ。
  7. 【請求項７】 上記本体領域および上記保護ダイオードの上記反対の伝導型の上記半導体領域
    がともに上記スイッチの主端子領域と寄生２極性トランジスタを形成し且つ上記
    反対の伝導型の追加の半導体領域と他の２極性トランジスタを形成し、上記追加
    の半導体領域は上記本体領域に接続されて、上記保護ダイオードを通る漏れ電流
    の上記寄生２極性トランジスタによって増幅を相殺することをさらに特徴とする
    、請求項５に記載のスイッチ。
  8. 【請求項８】 上記制御ゲート端子およびバックゲート端子が上記スイッチ本体の共通面に隣
    接して存在し、且つ上記バックゲート端子に接続されている絶縁ゲートによって
    互いに分離されていることをさらに特徴とする、請求項４に記載のスイッチ。
  9. 【請求項９】 半導体層が上記バックゲート端子と上記本体領域との間の結線の一部を形成し
    、上記整流障壁が上記半導体層における反対の伝導型の領域間のｐ−ｎ接合であ
    ることをさらに特徴とする、請求項４に記載のスイッチ。
  10. 【請求項１０】 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のスイッチ回路、または請求項４乃至９
    のいずれか１つに記載の半導体スイッチに接続されている電力線を具備してなる
    電池式装置。
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