JP6815509B2 - Power supply device for high voltage and high current switching - Google Patents
Power supply device for high voltage and high current switching Download PDFInfo
- Publication number
- JP6815509B2 JP6815509B2 JP2019528119A JP2019528119A JP6815509B2 JP 6815509 B2 JP6815509 B2 JP 6815509B2 JP 2019528119 A JP2019528119 A JP 2019528119A JP 2019528119 A JP2019528119 A JP 2019528119A JP 6815509 B2 JP6815509 B2 JP 6815509B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- transistor
- gan
- voltage
- transistors
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 66
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 claims description 5
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical class [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 117
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 114
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 66
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 17
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 15
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 11
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 5
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 3
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 101000823237 Homo sapiens Reticulon-1 Proteins 0.000 description 2
- 102100022647 Reticulon-1 Human genes 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000011067 equilibration Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000001994 activation Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/10—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage
- H03K17/102—Modifications for increasing the maximum permissible switched voltage in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/12—Modifications for increasing the maximum permissible switched current
- H03K17/122—Modifications for increasing the maximum permissible switched current in field-effect transistor switches
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
- H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
- H03K17/56—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
- H03K17/687—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors
- H03K2017/6875—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors using self-conductive, depletion FETs
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0018—Special modifications or use of the back gate voltage of a FET
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0036—Means reducing energy consumption
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0081—Power supply means, e.g. to the switch driver
Description
テレビジョン、電動車両、レーダーシステム、電動モータコントローラ、および/または無停電電源システムなどの様々な製品およびシステムは、比較的に大量の電力の供給を必要とし得て、これらの電力は、高電圧電源から送電することができる。これら製品および/またはシステムが必要とし得るスイッチング機能を行うための電源スイッチとして、様々な種類の半導体電界効果トランジスタ(FET:field effect transistor)を用いることができる。 Various products and systems such as televisions, electric vehicles, radar systems, electric motor controllers, and / or non-disruptive power supply systems can require a relatively large supply of power, which is a high voltage. It can be transmitted from the power source. Various types of semiconductor field effect transistors (FETs) can be used as power switches to perform the switching functions that these products and / or systems may require.
発明と見なされる主題は具体的に指摘され、本明細書の結びの部分において明確に主張されている。図の簡潔性および明瞭性のため、諸図中に示された要素は、必ずしも正確な縮尺で描かれてはいない。例えば、これら要素の一部の寸法は、提示対象の明確化のため、他の要素に比較して拡大されていることがある。さらに、参照符号は、一致するまたは類似する要素を示すために、諸図の間で繰り返して使用されることがある。また一方、本明細書は、機構および動作の方法の両方とそれらの目的、特徴、および利点とに関し、以下の詳細な説明を添付の図面と合わせ読んで参照することによって、最良に理解することができよう。 The subject matter considered to be an invention is specifically pointed out and explicitly asserted at the conclusion of this specification. Due to the simplicity and clarity of the figures, the elements shown in the figures are not necessarily drawn to the exact scale. For example, some dimensions of these elements may be enlarged compared to other elements to clarify what is presented. In addition, reference numerals may be used repeatedly between figures to indicate matching or similar elements. On the other hand, the present specification should be best understood by reading and referring to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings with respect to both mechanisms and methods of operation and their objectives, features and advantages. Let's do it.
以下の詳細な説明において、いくつかの実施形態の徹底した理解を提供するために、数々の具体的な細部が述べられる。但し、当業者には当然のことながら、一部の実施形態はこれらの具体的細部がなくても実践が可能である。別の例では、周知の方法、手順、コンポーネント、ユニット、および/または回路は、説明をあいまいにしないため詳しくは説明されていない。 In the detailed description below, a number of specific details are given to provide a thorough understanding of some embodiments. However, as a matter of course to those skilled in the art, some embodiments can be practiced without these specific details. In another example, well-known methods, procedures, components, units, and / or circuits are not described in detail as they do not obscure the description.
例えば、「処理する」、「計算する」、「算定する」、「判断する」、「設定する」、「分析する」、「確認する」などの用語を用いた、本明細書中の説明は、コンピュータのレジスタおよび/またはメモリ内の物理的な(例えば電子的な)量として表現されたデータを、同様に、コンピュータのレジスタおよび/またはメモリ、または、演算および/または処理を実行するための命令を格納することが可能な他の情報ストレージ媒体内に物理的量として表現される他のデータに、操作および/または変換する、コンピュータ、コンピューティング・プラットフォーム、コンピューティング・システム、または他の電子コンピューティング・デバイスのオペレーション(群)および/または処理(群)を称するとしてよい。 For example, the description in this specification using terms such as "process", "calculate", "calculate", "determine", "set", "analyze", and "confirm" , Computer registers and / or data expressed as physical (eg, electronic) quantities in memory, as well as computer registers and / or memory, or for performing operations and / or processing. A computer, computing platform, computing system, or other electronic device that manipulates and / or transforms into other data, represented as a physical quantity, in other information storage medium capable of storing instructions. It may refer to the operation (s) and / or processing (s) of a computing device.
本明細書で用いられる用語「複数」および「或る複数」は、例えば「多数」または「2つ以上」を含む。例えば、「複数の品目」は2つ以上の品目を含む。 As used herein, the terms "plurality" and "plurality" include, for example, "majority" or "two or more". For example, "plurality of items" includes two or more items.
「一実施形態」、「或る実施形態」、「例証的な実施形態」、「例示的な実施形態」、「様々な実施形態」などへの言及は、述べられた実施形態(群)が或る特定の特徴、構造、または特性を含み得るが、必ずしもあらゆる実施形態がその特定の特徴、構造、または特性を含むものではないことを示す。さらに、語句「一実施形態において」の繰り返しての使用は、同じ場合もあり得るが必ずしも同じ実施形態に言及してはいない。 References to "one embodiment", "some embodiment", "exemplary embodiment", "exemplary embodiment", "various embodiments", etc. are referred to in the described embodiments (groups). Indicates that a particular feature, structure, or property may be included, but not necessarily all embodiments include that particular feature, structure, or property. Moreover, the repeated use of the phrase "in one embodiment" may be the same but does not necessarily refer to the same embodiment.
本明細書での使用において、別途に指定されている場合を除き、共通の対象を表現する順序形容詞「第一」、「第二」、「第三」などの使用は、言及されている同じ対象の異なる個別例を示すだけであって、述べられた対象が、時間的にも、空間的にも、ランクにおいても、またはいかなる他の仕方においても、述べられた順でなければならないことを意味するようには意図されていない。 In use herein, unless otherwise specified, the use of ordinal adjectives "first," "second," "third," etc. to describe a common object is the same as referred to. It only shows different individual examples of objects, that the objects mentioned must be in the order stated, temporally, spatially, in rank, or in any other way. Not intended to mean.
いくつかの例証的な実施形態によれば、半導体電界効果トランジスタ(FET)は、シリコン材料および/または他の材料に依拠し得る。例えば、FETは、ソース端子およびドレイン端子を含むことができ、これらは、電源を負荷に連結するために用いることが可能である。FET中に、さらなる端子をソース端子とドレイン端子との間に配置することができ、この端子をゲート端子と称することができる。ゲート端子は、電流伝送チャネルの抵抗を制御することが可能である。 According to some exemplary embodiments, the semiconductor field effect transistor (FET) may rely on silicon material and / or other materials. For example, the FET can include a source terminal and a drain terminal, which can be used to connect a power source to the load. Further terminals can be arranged between the source terminal and the drain terminal in the FET, and this terminal can be referred to as a gate terminal. The gate terminal can control the resistance of the current transmission channel.
作動中、例えば、共通の接地に対する電圧であり得る或る電圧をゲート端子に印加することができ、この電圧がFET中に電界を生成することが可能で、この電界が、例えば、FETの抵抗を制御する役割をすることができ、さらに、当該トランジスタをオンおよび/またはオフに切り換える働きをすることができる。例えば、FETがオンにされているとき、ゲート端子に印加される電圧は、例えば、ソース端子とドレイン端子との間を相対的に大きな電流が流れることができるように、電流伝送チャネル中の抵抗を低下させることが可能である。FETがオンにできているときのソース端子とドレイン端子との間の合計抵抗を、そのトランジスタのオン抵抗と称することができる。このオン抵抗は、電流伝送チャネルの抵抗、ソース端子の近辺の下および中のFET領域の電流の流れに対する抵抗、および/または、ドレイン端子の近辺の下および/または中のFET領域の抵抗により決まり得る。ソースおよびドレイン端子の中および周辺のそれぞれの領域を、FETのアクセス領域と称することができる。 During operation, for example, a voltage that can be a voltage to a common ground can be applied to the gate terminals, which can generate an electric field in the FET, which is the resistance of the FET, for example. Can serve to control the transistor, and can also serve to switch the transistor on and / or off. For example, when the FET is turned on, the voltage applied to the gate terminal is, for example, a resistance in the current transmission channel so that a relatively large current can flow between the source terminal and the drain terminal. It is possible to reduce. The total resistance between the source terminal and the drain terminal when the FET is turned on can be referred to as the on resistance of the transistor. This on-resistance is determined by the resistance of the current transmission channel, the resistance to current flow in the FET region below and inside the source terminal, and / or the resistance of the FET region below and / or inside the drain terminal. obtain. Each region inside and around the source and drain terminals can be referred to as an access region of the FET.
シリコン(Si)をベースとする従来型の電力FETは、望ましい場合、電力スイッチング用途にスイッチング機能性を提供することができる。例えば、電動モータおよび/または車両、高速充電装置、無停電電源、および/または、太陽光発電インバータなどである。 Conventional power FETs based on silicon (Si) can, if desired, provide switching functionality for power switching applications. For example, electric motors and / or vehicles, fast charging devices, uninterruptible power supplies, and / or photovoltaic inverters.
いくつかの例証的な実施形態によれば、例えば、窒化ガリウム(GaN)および窒化アルミニウム(AlN)などの窒化物系半導体は、比較的大きなバンドギャップを有することで特徴付けることができる。例えば、バンドギャップは、GaNではほぼ3.4eV、および/または、AlNではほぼ6.2eVであり得る。例えば、窒化半導体層構造を含み得るFETは、また大きなバンドギャップ層に隣接する小さなバンドギャップ層も含むことが可能である。これらのFETは、高飽和流動速度を有することによって特徴付けることが可能な、高移動度電子の比較的に高い濃度を有し得る。高移動度電子は、層間のインターフェースの狭小な三角形の電位ウェルに蓄積し得て比較的薄いシート状の電子濃度を形成し、これを二次元電子ガス(2DEG:two−dimensional electron gas)と称することができる。例えば、この2DEGの幾何的構造および/または位置に起因して、2DEG中の電子は、一般に、極めて低いドナー不純物散乱を示し得て、その結果、例えば、それぞれ、1800cm2/V*s、および1.5×107cm/sオーダーの、比較的に高い電子移動度、および/または速度を有することが可能である。2DEG中の電子の濃度は、1×1013/cm2まで高くなり得る。上記の結果、例えば、FETトランジスタは非常に低い固有Rds(オン)を有することが可能である。 According to some exemplary embodiments, nitride-based semiconductors, such as gallium nitride (GaN) and aluminum nitride (AlN), can be characterized by having a relatively large bandgap. For example, the bandgap can be approximately 3.4 eV for GaN and / or approximately 6.2 eV for AlN. For example, a FET that can include a nitride semiconductor layer structure can also include a small bandgap layer adjacent to a large bandgap layer. These FETs can have a relatively high concentration of high mobility electrons, which can be characterized by having a high saturation flow velocity. High-mobility electrons can accumulate in the narrow triangular potential wells of the interface between layers to form a relatively thin sheet-like electron concentration, which is called two-dimensional electron gas (2DEG). be able to. For example, due to the geometry and / or position of this 2DEG, the electrons in the 2DEG can generally exhibit very low donor impurity scattering, resulting in, for example, 1800 cm 2 / V * s and, respectively. It is possible to have relatively high electron mobility and / or velocity on the order of 1.5 × 10 7 cm / s. The concentration of electrons in 2DEG can be as high as 1 × 10 13 / cm 2 . As a result of the above, for example, FET transistors can have very low intrinsic Rds (on).
いくつかの例証的な実施形態によれば、2DEG中の高移動度電子を生成しおよび/または制御することによって動作するFETトランジスタを、高電子移動度トランジスタと称することができる。異なる成分の複数の層を含み得る半導体層構造をヘテロ構造を有すると称することができ、相異なる成分の2つの隣接する層の間の境界面をヘテロ接合と称することができる。 According to some exemplary embodiments, FET transistors that operate by generating and / or controlling high mobility electrons in 2DE can be referred to as high electron mobility transistors. A semiconductor layer structure that can contain multiple layers of different components can be referred to as having a heterostructure, and the interface between two adjacent layers of different components can be referred to as a heterojunction.
いくつかの実施形態において、この技術は、拡大された阻止電圧範囲のため、Si基板上のディスクリートおよび/またはモノリシックのGaN横型電界効果トランジスタの複数の直列および/または並列接続の回路構成を含む。GaNトランジスタのソースは、例えば、高値のおよび/または高電圧絶縁抵抗素子を介して、p型Si基板(s p−type Si substrate)の裏側への電気接続を有してよい。この高電圧絶縁抵抗素子(high voltage isolation transistor)は、数メガオームの値を有してよい。例えば、縦方向リーク電流は、ソースから、バッファ層を通って導電性Si基板に、さらに導電性Si基板からバッファ層を通ってドレインに流れることが可能である。縦方向リーク電流は、非線形の抵抗素子および/またはバス電圧依存電流と見なすことができる。さらに、縦方向阻止電圧(例えば、ソース−基板−ドレイン)は、横方向阻止電圧よりも低くなり得て、縦方向基板−ドレインリーク電流は、横方向のソース−ドレインリークよりも高くなり得る。Si上GaNトランジスタは、少なくとも1アンペアの電流能力および/または少なくとも600Vの阻止電圧を有することが可能である。 In some embodiments, the technique comprises a circuit configuration of multiple series and / or parallel connections of discrete and / or monolithic GaN horizontal field effect transistors on a Si substrate due to the extended blocking voltage range. The source of the GaN transistor may have an electrical connection to the back side of a p-type Si substrate, for example, via a high value and / or high voltage insulation resistance element. This high voltage isolation transistor may have a value of several megaohms. For example, longitudinal leak current can flow from the source through the buffer layer to the conductive Si substrate and further from the conductive Si substrate through the buffer layer to the drain. The longitudinal leak current can be considered as a non-linear resistance element and / or bus voltage dependent current. In addition, the longitudinal blocking voltage (eg, source-board-drain) can be lower than the transverse blocking voltage, and the longitudinal substrate-drain leak current can be higher than the horizontal source-drain leak. GaN transistors on Si can have a current capacity of at least 1 amp and / or a blocking voltage of at least 600V.
いくつかの実施形態によれば、例えば、この回路構成は、Si基板上で成長されたエピタキシャルバッファ層の電圧依存性抵抗素子、および/またはソース端子の、高電圧抵抗素子を介する基板への接続を含んでよい。この回路構成は、上限650Vまでの、または、望ましい場合、例えば1200V、1700V、3500Vもしくはそれより上までの範囲に亘る、ディスクリートおよび/またはモノリシックのSi上GaNトランジスタからの高電圧範囲の中で動作するデバイスおよびシステムに応用することが可能である。 According to some embodiments, for example, this circuit configuration is a voltage-dependent resistor element of an epitaxial buffer layer grown on a Si substrate and / or connection of a source terminal to the substrate via a high voltage resistor element. May include. This circuit configuration operates in a high voltage range from discrete and / or monolithic Si GaN transistors up to an upper limit of 650V and, if desired, up to 1200V, 1700V, 3500V or higher. It can be applied to devices and systems that are used.
ここで図1を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、電力スイッチング回路構成100を概略的に表している。例えば、電力スイッチング回路構成110は、「ノ−マリオフ」の高出力高電圧スイッチング回路を含んでよい。スイッチング回路構成100は、回路110、回路120、およびn個の回路130を含むことができる。回路110、120、および130は、望ましい場合、同じ構成部品を含んでよい。
With reference to FIG. 1, this figure schematically illustrates a power
例えば、回路110は、GaNトランジスタ(Q1)111、抵抗素子(Rv1)112、抵抗素子(R1)113、およびコンデンサ(Coss1)114を含んでよい。トランジスタ111は、P型Si基板端子115、ドレイン端子116、ゲート端子117、およびソース端子118を含んでよい。回路120は、GaNトランジスタ(Q2)121、抵抗素子(Rv2)122、抵抗素子(R2)123、コンデンサ(Coss2)124を含んでよい。トランジスタ121は、P型Si基板端子125、ドレイン端子126、ゲート端子127、およびソース端子128を含んでよい。回路130は、回路110および120と、実質上同じ構成部品、および実質上同じ回路設計を有してよい。
For example, the
本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、回路110、120、130は、より高い電圧範囲を達成するための構築ブロックとして使用することができる。例えば、これら回路は、様々な所望の電圧レベルを達成するために、直列におよび/または並列に繰り返して接続されてよい。例えば、単一の回路(例えば、回路110)が650vを供給でき、直列に連結された2つの回路(例えば、回路110、120)が1200vを達成でき、直列に連結された3つの回路(例えば、回路110、120、および130)が1700vを達成でき、直列に連結された6つの回路が3500vを達成できる、等々である。
According to some embodiments of the present invention, for example,
いくつかの例証的な実施形態によれば、例として、例えばGaNトランジスタなどのトランジスタ111および121、および抵抗素子112は、シリコン(Si)基板上に成長させることができる。いくつかの実施形態では、例えば、Si基板の直径は、望ましい場合、6〜12インチ(約15〜30センチメートル)の範囲内にあってよい。Si基板と、GaNトランジスタ例えばトランジスタ111との間にバッファ層(図示せず)を加えることができる。このバッファ層の厚さは、1〜8ミクロンの範囲内であってよい。このバッファ層は、基板からの絶縁および/または高電圧への対応を提供する。
According to some exemplary embodiments, for example, transistors 111 and 121, such as GaN transistors, and
いくつかの例証的な実施形態によれば、トランジスタ111、121例としてQ1、Q2は、例えば、直列に接続された「ノーマリオン」の電力GaNトランジスタとすることができる。抵抗素子112(例えばRv1)および122(例えばRv2)は、各々、半導体構造のドレイン−基板−ソースの内部電位依存性抵抗である。コンデンサ114(例えばCoss1)および124(例えばCoss2)は、内部電位依存性出力静電容量を備えるトランジスタを含んでいる。 According to some exemplary embodiments, the transistors 111, 121, eg, Q1 and Q2, can be, for example, "normalion" power GaN transistors connected in series. The resistor elements 112 (eg, Rv1) and 122 (eg, Rv2) are, respectively, internal voltage-gated resistors of the drain-board-source of the semiconductor structure. Capacitors 114 (eg, Coss1) and 124 (eg, Coss2) include transistors with internal voltage-gated output capacitance.
いくつかの例証的な実施形態によれば、高出力スイッチング回路構成100は3つの動作モードを有することが可能である。例えば、第一モードは「オフ」状態とすることができる。いくつかの実施形態では、「オフ」状態は、静的モードと称されてもよい。望ましい場合、「オフ」状態モードにおいて、トランジスタ111および121の両方は、「オフ」コンディションであってよい。第二モード、例えば過渡状態モードでは、トランジスタ111および121は過渡状態にあってよい。過渡状態は、トランジスタ、例えばトランジスタ111および121が、「オフ」状態から「オン」状態に切り替わり得るとき、またはその逆のときに生じ得る。いくつかの実施形態において、第三モードは、導通状態モードとすることができる。例えば、導通状態モードにおいて、トランジスタ111および121は「オン」状態にあってよい。上記の全ての状態において、トランジスタ111および/またはトランジスタ121またぐ電圧は、この例の回路設計中に組み込まれた自己平衡化特性によって、トランジスタ111と121との間にほぼ等しく分割することができるが、但し、当然のことながら、この技術の他の実施形態による他の回路設計を使用することも可能である。さらに、高出力スイッチング回路構成100は、望ましい場合、少なくとも600Vの阻止電圧で、2kHzの最小周波数でスイッチングできるようにすることが可能である。
According to some exemplary embodiments, the high power
いくつかの実施形態によれば、例えば、抵抗素子(Rv1)112およびコンデンサ(Coss1)114は、トランジスタ(Q1)111の物理的構造体の一部とすることが可能である。抵抗素子(Rv2)122およびコンデンサ(Coss2)124も、トランジスタ(Q2)121の物理的構造体の一部とすることが可能である。例えば、抵抗素子112および122は、1kオーム〜100Mオームの範囲内であってよく、コンデンサ114および124は、10pF〜1nFの範囲内であってよい。抵抗素子(R1)113および抵抗素子(R2)123は、0オーム〜100Mオームの範囲内であってよい。
According to some embodiments, for example, the resistance element (Rv1) 112 and the capacitor (Coss1) 114 can be part of the physical structure of the transistor (Q1) 111. The resistance element (Rv2) 122 and the capacitor (Coss2) 124 can also be part of the physical structure of the transistor (Q2) 121. For example, the
一例示的な実施形態において、抵抗素子113および123の値は、10Mオームであってよい。トランジスタ111および121のドレインでの、例えば非初期の電圧スパイクなど、電圧の傾斜および/または電圧の低下の場合、抵抗素子112および122は、コンデンサ114、124、および抵抗素子113、123とともに、トランジスタ111と121とにおける電圧低下をほぼ均等に平衡化することに関与し得る。
In one exemplary embodiment, the values of the
ここで、図2を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、電力スイッチング回路構成200を概略的に表している。回路構成200の動作は、回路構成100の動作と類似であるが、2つの機能が付加されている。第一の機能は、イネーブルユニット216、226を含む、Vcc不在保護回路である。第二の機能は、全てのユニット210、220、および230nの動作を制御する、PWMコントローラ240である。例えば、電力スイッチング回路構成200は、高電圧、高出力スイッチング回路構成を含むことができる。スイッチング回路構成200は、回路210、回路220、n個の回路230、およびパルス幅変調(PWM:pulse width modulation)コントローラ240を含んでよい。回路210、220、および230は、ほぼ同一の回路設計を有してよく、同じ構成部品を含んでよい。いくつかの実施形態において、回路220および/または230に共通の回路は、望ましい場合、別々のドライバおよび/または別々のSiMOSFETトランジスタを含まなくてもよい。
Now, with reference to FIG. 2, this figure schematically illustrates a power
例えば、回路210は、Pチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect transistor)(Q3)212、抵抗素子(Rv1)213、抵抗素子(R1)214、コンデンサ(Coss1)215、イネーブル回路216、およびドライバ回路217、に直列に連結されたGaNトランジスタ(Q1)211を含むことができる。トランジスタ211は、P型Si基板端子217を含むことが可能である。回路220は、GaNトランジスタ(Q2)221、PチャネルMOSFETトランジスタ(Q4)222、抵抗素子(Rv2)223、抵抗素子(R2)224、コンデンサ(Coss2)225、イネーブル回路226、およびドライバ回路227を含むことができる。トランジスタ211は、P型Si基板端子227を含むことが可能である。
For example, the circuit 210 includes a P-channel metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET: Metal-Oxide Semiconductor Field-Effective Transistor) (Q3) 212, a resistance element (Rv1) 213, a resistance element (R1) 214, and a capacitor (Coss1). A GaN transistor (Q1) 211 connected in series with the 215, the enable circuit 216, and the driver circuit 217 can be included. The transistor 211 can include a P-type Si substrate terminal 217. The circuit 220 includes a GaN transistor (Q2) 221, a P-channel MOSFET transistor (Q4) 222, a resistance element (Rv2) 223, a resistance element (R2) 224, a capacitor (Coss2) 225, an enable circuit 226, and a
一例示的な実施形態によれば、回路230は、回路210および220とほぼ同じ回路設計および構成部品を有してよい。別の例示的な実施形態によれば、回路220は、ドライバ227およびトランジスタQ4 222を含まなくてもよい。この実施形態において、ドライバ217は、望ましい場合、点線で示されたトランジスタQ2 221のゲートに接続されてよい。当然のことながら、本発明の諸実施形態による、回路220の他の設計も可能である。
According to an exemplary embodiment, the
本発明のいくつかの実施形態によれば、例えば、回路210、220、230は、より高い電圧範囲を達成するための構築ブロックとして使用することができる。例えば、単一の回路(例えば回路210)が650vを供給でき、直列に連結された2つの回路(例えば、回路210、220)が1200vを達成でき、直列に連結された3つの回路(例えば、回路210、220、および230)が1700vを達成でき、直列に連結された6つの回路が3500Vを達成できる等々である。
According to some embodiments of the invention, for example,
いくつかの例証的な実施形態によれば、例えば、トランジスタQ1 211、およびQ2 221は、直列に接続された「ノーマリオン」の電力GaNトランジスタを含むことができる。トランジスタQ3 212およびQ4 222は、高電流SiMOSFET Nおよび/またはPチャネルトランジスタを含んでよい。トランジスタQ3 212およびQ4 222は、出力上昇、出力下降およびVcc不足電圧の過程で、および/または異常動作の場合、共通の電流遮断を備えることができる。連続的な正常作動の間、トランジスタQ3 212およびQ4 222は、イネーブル回路226によって連続して通電状態であり得て、これにより、電力オン/電力オフの通常スイッチングモードに対し「透明」であり得る。 According to some exemplary embodiments, for example, transistors Q1 211, and Q2 221 can include "normalion" power GaN transistors connected in series. Transistors Q3 212 and Q4 222 may include high current SiMOSFET N and / or P channel transistors. Transistors Q3 212 and Q4 222 can be provided with a common current cutoff in the process of power rise, power fall and Vcc undervoltage, and / or in case of abnormal operation. During continuous normal operation, the transistors Q3 212 and Q4 222 may be continuously energized by the enable circuit 226, which may be "transparent" to the power on / power off normal switching mode. ..
イネーブル回路216および226は、トランジスタ212および222のゲートの電圧レベルへの制御を提供することができ、PWM信号がGaNトランジスタのゲート、例えば、トランジスタ211、221のゲートに流れることを可能にするため、ドライバ217、227を作動および/または停止することができる。また、イネーブル回路216、226は、スイッチング起動の所定のシーケンスを提供することが可能で、前に説明したように、トランジスタ211、212、221、および222を、システム電源の動作のオン/オフ(of)の過程における過渡状態から保護することができる。
Enable circuits 216 and 226 can provide control over the voltage levels of the gates of transistors 212 and 222 to allow PWM signals to flow through the gates of GaN transistors, such as the gates of transistors 211 and 221. ,
いくつかの例証的な実施形態によれば、例えば、ドライバ、例としてドライバ227は、不足電圧ロックアウト機能を含まなくてもよい。この例によれば、Vccが所定の閾値よりも低い場合、イネーブル回路216および226は、トランジスタQ3 212およびQ4 222を遮断することができ、トランジスタQ1 211およびQ2 221のゲート制御を遮断することができ、しかしてデバイス200が「オフ」モードに転じることができる。用語、遮断は、トランジスタがオープン回路のように作動することを表すために使用することができ、そこでは、例えば、ドレインからソースには電流が流れず、および/またはゲートには信号が送られない。
According to some exemplary embodiments, for example, the driver, eg the
いくつかの例示的な実施形態によれば、PWMコントローラ240は、ドライバ217および227に連結されてよい。例えば、望ましい場合、PWMコントローラ240は、トランジスタ211および221をほぼ同時に駆動することが可能である。
According to some exemplary embodiments, the PWM controller 240 may be coupled to
いくつかの例証的な実施形態によれば、抵抗素子(Rv1)213およびコンデンサ(Coss1)215は、トランジスタ(Q1)211の物理的構造体の中に組み込まれる。抵抗素子(Rv2)223およびコンデンサ(Coss2)225も、トランジスタ(Q2)221の物理的構造体の中に組み込まれる。例えば、抵抗素子213および223は、1kオーム(キロオーム)〜100Mオーム(メガオーム)の範囲内にあってよく、コンデンサ215および225は、10pF(ピコファラッド)〜1nF(ナノファラッド)の範囲内にあってよい。抵抗素子(R1)214および抵抗素子(R2)224は、0オーム〜100Mオームの範囲内にあってよい。トランジスタ211および221のドレインでの、例えば非初期の電圧スパイクなど、電圧傾斜および/または電圧低下の場合、抵抗素子213および223は、コンデンサ215、225、抵抗素子214、224、ならびにトランジスタ212および224とともに、トランジスタ111と121とにおける電圧低下をほぼ均等に平衡化するように作動し得る。
According to some exemplary embodiments, the resistor element (Rv1) 213 and the capacitor (Coss1) 215 are incorporated into the physical structure of the transistor (Q1) 211. The resistor element (Rv2) 223 and the capacitor (Coss2) 225 are also incorporated into the physical structure of the transistor (Q2) 221. For example, the resistor elements 213 and 223 may be in the range of 1 k ohm (kilo ohm) to 100 M ohm (mega ohm), and the capacitors 215 and 225 are in the range of 10 pF (picofarad) to 1 nF (nanofarad). You can. The resistance element (R1) 214 and the resistance element (R2) 224 may be in the range of 0 ohms to 100 ohms. In the case of voltage gradients and / or voltage drops at the drain of transistors 211 and 221, such as non-initial voltage spikes, the resistor elements 213 and 223 are capacitors 215, 225,
いくつかの例証的な実施形態によれば、例えば、Si基板上の複数のディスクリートおよび/またはモノリシックGaN横型電界効果トランジスタの直列の接続は、Coss合計=Coss1/Nの合計出力静電容量(Coss)をもたらし得て、このCoss1は、Si基板上のディスクリートおよび/またはモノリシックGaN横型電界効果トランジスタの出力静電容量であり、Nは、直列に連結された、Si基板上のディスクリートおよび/またはモノリシックGaN横型電界効果トランジスタの数である。 According to some exemplary embodiments, for example, a series connection of multiple discrete and / or monolithic GaN horizontal field effect transistors on a Si substrate has a total output capacitance of Coss = Cos1 / N. ) Is the output capacitance of the discrete and / or monolithic GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate, where N is the discrete and / or monolithic on the Si substrate connected in series. The number of GaN horizontal field effect transistors.
ここで図3を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、単一の電源(PS:power supply)310を備えた電力スイッチング回路構成300を概略的に表している。いくつかの実施形態によれば、この電力スイッチング回路構成は、高電圧電力スイッチング回路構成を含むことができる。電力スイッチング回路構成300は、例えば、ツェナーダイオード(D2)315、コンデンサ(C)、ダイオード(D1)330、イネーブル回路335、ドライバ340、GaNトランジスタ(Q1)345、GaNトランジスタ(Q2)350、MOSFETトランジスタ355、ドレイン端子360、およびソース端子370を含んでよい。
With reference to FIG. 3, this figure schematically illustrates a power
この例の実施形態によれば、作動中、PS310は、VCC1を、ドライバ340、イネーブル回路335に、RTN1を、GaNトランジスタQ2 350のソース、およびトランジスタQ2 355のドレインに(例えば、GaNトランジスタQ2 350のソースは、トランジスタQ3 355のソースに接続されている)に供給することができる。VCC1の電圧範囲は、例えば、−8V〜−15Vであってよい。
According to an embodiment of this example, during operation, the PS310 brings the VCS1 to the
いくつかの実施形態によれば、トランジスタQ2 350がオフコンディションに転じ得ると、そのドレイン電圧は、トランジスタQ1 345のソース電圧とともに上昇することが可能となる。トランジスタQ1 345のゲート閾値電圧より高くあり得る正電圧に達した後、トランジスタQ1 345はオフコンディションに転じることができる。例えば、トランジスタQ1 345のゲート閾値電圧は、−6V〜−15Vの範囲内にあってよい。トランジスタQ2 350(例えばGaNトランジスタ)がオフコンディションに移行し得ると、トランジスタQ1 345は、トランジスタQ1 345のゲートがコンデンサC320を介して接地電位に接続されてい得るので、移行期間が遅延し得る。例えば、この遅延(leg)期間は、0.5ns〜10nsであり得る。
According to some embodiments, if
いくつかの実施形態によれば、例えば、トランジスタQ2 350(例えばGaNトランジスタ)の電圧上昇は、ツェナーダイオードD2 315によって400Vに制限することができる。ツェナーダイオードD2 315は、トランジスタQ1 345の破壊電圧に応じて定格を選べばよい。例えば、トランジスタQ1 345の破壊電圧は650Vであり得る。
According to some embodiments, for example, the voltage rise of the transistor Q2 350 (eg, a GaN transistor) can be limited to 400V by the
いくつかの例示の実施形態によれば、VCC1が不在のときに、トランジスタQ1 345およびQ3 355にドレイン−ソース電圧を印加すると、GaNトランジスタQ2 350はオフコンディションになり得る。「ノーマリオン」のトランジスタ、例えばQ1 345およびQ2 350のゲート−ソース電圧が、ダイオードD2 315およびD1 330によって、それらトランジスタの閾値電圧に等しくなり得たとき、DCの平衡化が達成可能となる。例えば、この閾値電圧は、−6V〜−15Vであってよい。
According to some exemplary embodiments, applying a drain-source voltage to the
いくつかの実施形態によれば、VCC1が印加されると、それがイネーブル回路335をオンにすることができる。例えば、イネーブル回路335は、電源310によって供給され得るVCC1電圧によって、トランジスタ355をオンまたはオフすることができるが、但し、当然のことながら、この例は図3の回路構成に限定はされない。
According to some embodiments, when VCS1 is applied, it can turn on the enable
ここで図4を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、単一の電源(PS)405を備えた電力スイッチング回路構成400を概略的に表している。いくつかの実施形態によれば、電力スイッチング回路構成400は、高電圧電力スイッチング回路を含むことができる。電力スイッチング回路構成400(200)は、例えば、ツェナーダイオード(D2)410、コンデンサ(C)420、イネーブル回路425、ドライバ430、ダイオード(D1)435、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450、Q6 455、GaNトランジスタQ2 460、Q5 465、Q7 470、MOSFETトランジスタ475、ドレイン端子440、およびソース端子480を含んでよい。
With reference to FIG. 4, this figure schematically illustrates a power
この例の実施形態によれば、作動中、PS405は、VCC1を、ドライバ430に、RTN1を、GaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470の共通のソース、およびトランジスタQ3 475のドレインに供給することができる(例えば、GaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470の共通のソースはトランジスタQ3 475のドレインに接続されている)。例えば、VCC1の電圧の範囲は、−8V〜−15Vであってよい。
According to the embodiment of this example, during operation, the PS405 attaches the VCS1 to the
いくつかの実施形態によれば、GaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470がオフコンディションに転じ得ると、それらのドレイン電圧は、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455のソース電圧とともに上昇し得る。この電圧は、正電圧、例えば400Vに達するまで上昇することが可能である。GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455のゲート閾値電圧より上であり得る正電圧に達した後、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455は、オフコンディションに転じ得る。例えば、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455のゲート閾値電圧は、−6V〜−15Vの範囲内であってよい。GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455がオフコンディションに移行し得ると、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455は、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455のゲートが、コンデンサC420を介して接地電位に接続されてい得るので、移行期間が遅延し得る。例えば、この遅延期間は、0.5ns〜10nsであってよい。
According to some embodiments,
いくつかの実施形態によれば、例えば、GaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470の電圧上昇は、ツェナーダイオードD2 410によって400Vに制限することができる。ツェナーダイオードD2 410は、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455の破壊電圧に応じて定格を選べばよい。例えば、GaNトランジスタQ1 445、Q4450...Q6 455の破壊電圧は650Vであり得る。
According to some embodiments, for example,
いくつかの例示の実施形態によれば、VCC1が不在のときに、GaNトランジスタQ1 445、Q4 450...Q6 455、およびGaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470にドレインソース電圧を印加すると、MOSFETトランジスタQ3 475はオフコンディションになり得る。ノーマリオンのGaNトランジスタ、例えば、Q1 445、Q4 450...Q6 455、およびGaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470のゲート−ソース電圧が、ダイオードD2 410およびD1 435によって、それらトランジスタの閾値電圧に等しくなり得たとき、DCの平衡化が達成可能となる。例えば、この閾値電圧は、−6V〜−15Vであってよい。
According to some exemplary embodiments, the
いくつかの実施形態によれば、VCC1が印加されると、それがイネーブル回路425をオンにすることができる。例えば、イネーブル回路425は、PS405によって供給され得るVCC1電圧によって、MOSFETトランジスタ475をオンおよび/またはオフにすることができるが、但し、当然のことながら、この例は図4の回路構成に限定はされない。
According to some embodiments, when VCS1 is applied, it can turn on enable
いくつかの例証的な実施形態によれば、有利には、図4に示されているようにGaNトランジスタを並列配置することによって、組み合わされたGaNトランジスタQ1 445、Q4(2) 450...Q6 455、およびGaNトランジスタQ2 460、Q5 465...Q7 470のより高いドレイン440−ソース480電流とより低いオン状態抵抗とを達成することができる。この例の構成は、導電損失を低減しながら、より高い電圧および/またはより高い電流の両方をほぼ同時に達成することを可能にすることができる。
According to some exemplary embodiments, advantageously combined
ここで図5aを参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、高出力スイッチングデバイス500の上面図を概略的に表している。例えば、高出力スイッチングデバイス500は、低電流リード端子510、高電流リード端子520、成形コンパウンド530、および/または露出熱界面パッド540を含んでよい。例えば、望ましい場合、高出力スイッチングデバイス500の電力トランジスタを冷却するためのヒートシンクを、露出熱界面パッド540に取付けることが可能である。
With reference to FIG. 5a here, this figure schematically illustrates a top view of the high power switching device 500 according to some exemplary embodiments. For example, the high power switching device 500 may include a low
ここで図5bを参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、高出力スイッチングデバイス500の底面図を概略的に表している。例えば、高出力スイッチングデバイス500は、低電流リード端子510、高電流リード端子520、三次元(3D:3 dimensional)パワーダイスタック530、セラミックインタポーザ535、内蔵セラミック挿入体540、Si上GaNFET550、SiMOSFET560、イネーブル回路570、高電圧(HV:high voltage)抵抗素子580、および/または小直径ボンドワイヤ590を含んでよい。
With reference to FIG. 5b, the figure schematically illustrates a bottom view of the high power switching device 500 according to some exemplary embodiments. For example, the high-power switching device 500 includes a low-
いくつかの例証的な実施形態によれば、例えば、図1、2、3の回路構成、または図4の回路構成は、高出力デバイス500上に実装することが可能である。低電流リード端子510は、入力信号および/または電圧をドライバ217および227に供するために使うことができる。高電流リード端子520は、望ましい場合、高電圧をトランジスタ211のドレインに、および接地電位をトランジスタ222のソースに供するために使うことができる。
According to some exemplary embodiments, for example, the circuit configurations of FIGS. 1, 2, 3 or 4 can be implemented on the high power device 500. The low
さらに、例えば3Dパワーダイスタック530は、絶縁を提供し、さらにSi上GaNFET550から、セラミックインタポーザ535、SiMOSFET560を通して、上面の熱パッド540およびヒートシンク(図示せず)への熱の移送を提供するためのセラミックインタポーザ535を含んでよい。セラミック挿入体540は、高い熱伝導性を有することができる。イネーブル回路570は、例えば、GaNFETのリーク低減のために使用が可能なHV抵抗素子580を含んでよい。
Further, for example, the 3D power die
いくつかの例証的な実施形態によれば、高出力スイッチングデバイス500は、例えば内蔵セラミック挿入体を含む印刷回路基板(PCB:printed circuit board)505を含み得る高電圧パッケージ中に組み込むことができる。PCB505は、PCB505からセラミック挿入体540上を連続して延びることが可能な複数の伝導体を含むことができる。複数の高電流520および/または低電流510金属リード端子は、鉛フリーはんだの融点を上回り、且つ摂氏350度(度C)を下回る融点を持つ導電性媒体を使って、PCB505上に取付けることが可能である。例えば、この高電圧パッケージは、成形コンパウンド430で被覆されてよい。
According to some exemplary embodiments, the high power switching device 500 can be incorporated into a high voltage package that may include, for example, a printed circuit board (PCB) 505 that includes a built-in ceramic insert. The PCB 505 can include a plurality of conductors capable of continuously extending from the PCB 505 over the
いくつかの例示的な実施形態によれば3Dパワーダイスタック530は、Si上GaN電力FETダイ550、Si電力MOSFETダイ560、および/または、例えば、複数の伝導体および導電ビアを備えたセラミックインタポーザ535を含んでよい。セラミックインタポーザ535は、内側および/または外側ワイヤ相互接続のため複数のワイヤボンドパッドを含むことができる。Si上GaNダイ550、SiMOSFETダイ560、および/またはセラミックインタポーザ535(435)は、例えば、はんだの融点を上回り、および/または550度Cを下回る融点を持つ何らかの導電性媒体を使って、取付けることが可能である。また、この高電圧パッケージは、低い漂遊インダクタンスおよび/または高い温度サイクル信頼性のため、Si上GaNFETダイ550およびSiMOSFETダイ560上に、複数の小直径のワイヤボンドを含むことが可能である。
According to some exemplary embodiments, the 3D power die
ここで図6を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、GaNトランジスタ600の物理構造の概略図表現である。いくつかの例証的な実施形態によれば、GaNトランジスタ600は、ソース端子610、ゲート端子620、ドレイン端子630、バリア層640、2DEG650、バッファ層660、PチャネルSi基板670、および/またはリーク電流680を含んでよい。
With reference to FIG. 6, this figure is a schematic representation of the physical structure of the
この例示の実施形態によれば、縦方向リーク電流680は、ドレイン端子630から、バリア層640、2DEG650、バッファ層660を通って、導電性Si基板670に、および/または、導電性Si基板670から、バッファ層660、2DEG650、バリア層640を通って、ソース端子610に流れ得る。縦方向リーク電流480は、非線形の抵抗素子および/またはバス電圧依存電流として挙動し得る。
According to this exemplary embodiment, the longitudinal leak current 680 passes from the drain terminal 630 through the
さらに、ソース端子610、Pチャネル基板670、およびドレイン端子上の縦方向阻止電圧は、横方向阻止電圧よりも低くあり得、および/または、縦方向基板−ドレインリーク電流は、横方向のソース−ドレインリークよりも高くあり得る。Si上GaNトランジスタは、望ましい場合、少なくとも1アンペアの電流能力、および少なくとも600Vの阻止電圧を有することが可能である。
In addition, the longitudinal blocking voltage on the
図7を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、複数の高出力デバイスのターンオンおよび/またはターンオフエネルギ損失のグラフを概略的に表している。高出力スイッチングデバイス300の或る実施形態のターンオンエネルギおよび/またはターンオフエネルギのパフォーマンスの例が低部の線で示されている。有利には、例えば、10アンペア(A)から40Aまでの電流に対して、ターンオンエネルギの範囲は、25μJ〜100μJとすることが可能で、ターンオフエネルギ範囲は、75μJ〜100μJとすることが可能である。他の従来技術のスイッチングデバイスと比べて、本実施形態は、より低いターンオン、ターンオフエネルギ損失で作動することができる。
With reference to FIG. 7, this figure schematically illustrates a graph of turn-on and / or turn-off energy loss of multiple high power devices according to some exemplary embodiments. An example of the turn-on energy and / or turn-off energy performance of certain embodiments of the high
図8を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、複数の高出力スイッチングデバイスのスイッチング損失エネルギのグラフを概略的に表している。高出力スイッチングデバイス300の或る実施形態の合計スイッチング損失が、45mオームとして描かれた低部の線で示されている。有利には、例えば、10Aから40Aまでの電流に対し、スイッチングエネルギの範囲は、25μJ〜200μJである。他の従来技術のスイッチングデバイスと比べて、本実施形態は、低いスイッチングエネルギ損失を提供することができる。
With reference to FIG. 8, this figure schematically illustrates a graph of switching loss energies of a plurality of high power switching devices according to some exemplary embodiments. The total switching loss of certain embodiments of the high
ここで図9を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、高出力スイッチングデバイスの電圧および電流スイッチング時間波形を概略的に表している。例えば、第一波形は電圧波形710であり、第二波形は電流波形720である。電圧波形710は、18.3nsの立ち上がり時間、および14.3nsの立ち下り時間の1kV電圧のスイッチングを示し、これは現状技術よりも良好であり得る。電流波形620は、電圧波形610と同様な立ち上がりおよび立ち下り時間による、11.6Aのスイッチングを示す。電流および電圧、610および620の波形は、スイッチング時間の間、連続する直線を示し、これは直列に連結されたSi上GaNFETトランジスタの間での電圧平衡化および/または同期化されたオペレーションを証明している。
With reference to FIG. 9, this figure schematically illustrates the voltage and current switching time waveforms of a high power switching device according to some exemplary embodiments. For example, the first waveform is the
図10を参照すると、この図は、いくつかの例証的な実施形態による、高電圧高電流スイッチングデバイス1010を含むシステム1000のブロック図を表している。例えば、システム1000は、例えば、AC/DC電源、三相モータドライブ、ソーラーインバータ、無停電電源、バッテリ充電器、数kV高電圧コンバータおよびインバータなどのスイッチング電源を含むことができる。
With reference to FIG. 10, this figure represents a block diagram of a
いくつかの例示の実施形態によれば、高電圧および/または高電流スイッチングデバイス1010は、図1、2、3、4、5a、および5bで前述した回路構成およびデバイスを含むことが可能であるが、但し、当然のことながら、図1、2、3、4、5a、および5bは、非限定の例示の実施形態であって、望ましい場合、他の実施形態を用いることができる。
According to some exemplary embodiments, the high voltage and / or high
本発明の特定の特徴をここで図示し説明してきたが、当業者には、多くの修改、代替、変更、および等価物が思い浮かぶであろう。したがって、当然のことながら、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨内に包含される、かかる全ての修改および変更を網羅することが意図されている。 Although the particular features of the present invention have been illustrated and described here, many modifications, alternatives, modifications, and equivalents will come to mind to those skilled in the art. Therefore, of course, the appended claims are intended to cover all such modifications and modifications that are within the true spirit of the invention.
例
以下の例は、さらなる諸実施形態に関する。
Examples The following examples relate to further embodiments.
例1は、或る回路構成を含む装置を含み、この回路構成は、シリコン(Si)基板上の第一窒化ガリウム(GaN)横型電界効果トランジスタを含み、該Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタのソース端子は、第一抵抗素子を介してP型Si基板端子と、第一GaN横型電界効果トランジスタのドレイン端子およびP型Si基板端子に操作可能に連結された第二抵抗素子と、への電気接続を含み、第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧が低下すると、ドレイン端子からバッファ層を介するソース端子への第一リーク電流が、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧と、直列に連結された該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧とを平衡化することになり、このバッファ層は、Si基板で導電性基板上にエピタキシャル成長させられる。 Example 1 includes a device comprising a circuit configuration, the circuit configuration comprising a first gallium nitride (GaN) horizontal field effect transistor on a silicon (Si) substrate and a first GaN horizontal field effect on the Si substrate. The source terminals of the effect transistor are the P-type Si substrate terminal via the first resistance element, the drain terminal of the first GaN horizontal field effect transistor, and the second resistance element operably connected to the P-type Si substrate terminal. When the voltage on the first GaN horizontal field effect transistor, including the electrical connection to, drops, the first leak current from the drain terminal to the source terminal via the buffer layer increases on the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate. The voltage on the second GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate connected in series will be balanced, and this buffer layer will be epitaxially grown on the conductive substrate on the Si substrate.
例2は、例1の主題を含み、オプションとして、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタが、該Si基板上の第一ディスクリートGaN横型電界効果トランジスタを含み、該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタが、該Si基板上の第二ディスクリートGaN横型電界効果トランジスタを含む。 Example 2 includes the subject of Example 1, optionally including a first discrete GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate, the first discrete GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate, and a second on the Si substrate. The GaN horizontal field effect transistor includes a second discrete GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate.
例3は、例1および例2の主題を含み、オプションとして、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタと、該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタとが、モノリシックに該Si基板中に合体される。 Example 3 includes the subjects of Examples 1 and 2, and optionally, the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate and the second GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate monolithically include the Si substrate. Combined inside.
例4は、例1〜例3の主題を含み、オプションとして、本回路構成が、第二GaN横型電界効果トランジスタのドレイン端子およびP型Si基板端子に動作可能に連結された第三抵抗素子を含み、第二GaN横型電界効果トランジスタの、バッファ層を介するドレイン端子からソース端子へのリーク電流が、第二GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧低下を、直列に連結された第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧と平衡化することになり、このバッファ層は、Si基板で導電性基板上にエピタキシャル成長させられる。 Example 4 includes the subjects of Examples 1 to 3, and optionally includes a third resistance element in which the circuit configuration is operably connected to the drain terminal and the P-type Si substrate terminal of the second GaN horizontal field effect transistor. The leakage current from the drain terminal to the source terminal via the buffer layer of the second GaN horizontal field effect transistor includes the voltage drop on the second GaN horizontal field effect transistor, and the first GaN horizontal field effect connected in series. It will be balanced with the voltage on the transistor, and this buffer layer will be epitaxially grown on the conductive substrate on the Si substrate.
例5は、例1〜例4の主題を含み、本回路構成が、スイッチ信号を第一GaN横型電界効果トランジスタに供給するための第一ドライバと、スイッチ信号を第二GaN横型電界効果トランジスタに供給するための第二ドライバと、第一GaN横型電界効果トランジスタに直列に連結された第一Si金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)と、第二GaN横型電界効果トランジスタに直列に連結された第二SiMOSFETと、を含み、第一および第二SiMOSFETは、第一ドライバおよび第二ドライバの1つが作動されないときは、共通の電流遮断を行うことになる。 Example 5 includes the subjects of Examples 1 to 4, and the circuit configuration uses a first driver for supplying a switch signal to a first GaN horizontal field effect transistor and a switch signal to a second GaN horizontal field effect transistor. A second driver for supply, a first Si metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) connected in series with the first GaN horizontal field effect transistor, and a second GaN horizontal field effect transistor connected in series. The first and second Si MOSFETs, including the second Si MOSFET, will perform a common current cutoff when one of the first driver and the second driver is not activated.
例6は、例1〜例5の主題を含み、オプションとして、本回路構成が、第一SiMOSFETのゲートと、第一GaN横型電界効果トランジスタのゲートに動作可能に連結された第一ドライバと、に動作可能に連結された第一イネーブル回路、および第二SiMOSFETのゲートと、第二GaN横型電界効果トランジスタのゲートに動作可能に連結された第二ドライバと、に動作可能に連結された第二イネーブル回路を含み、第一および第二イネーブル回路が、電流を流すために第一および第二SiMOSFETを開路することになる。 Example 6 includes the subject of Examples 1 to 5, and optionally includes a first driver operably coupled to the gate of the first Si MOSFET and the gate of the first GaN horizontal field effect transistor. A second enable circuit operably coupled to, and a second driver operably coupled to the gate of the second SiMOSFET and the gate of the second GaN horizontal field effect transistor. The first and second enable circuits, including the enable circuit, will open the first and second Si MOSFETs to carry current.
例7は、例1〜例6の主題を含み、オプションとして、本回路構成が、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタをほぼ同時に駆動するために、第一ドライバと第二ドライバとに動作可能に連結されたパルス幅変調(PWM)コントローラを含む。 Example 7 includes the subject of Examples 1 to 6, and optionally, the circuit configuration operates with the first driver and the second driver in order to drive the first and second GaN horizontal field effect transistors at approximately the same time. Includes a freely coupled pulse width modulation (PWM) controller.
例8は、例1〜例7の主題を含み、オプションとして、第一および第二イネーブル回路が、本装置のターンオンおよびターンオフタイミングシーケンスを提供し、PWMコントローラからのPWM信号の配信を可能にすることになる。 Example 8 includes the subject of Examples 1 to 7, and optionally, the first and second enable circuits provide turn-on and turn-off timing sequences for the device, allowing delivery of PWM signals from the PWM controller. It will be.
例9は、例1〜例8の主題を含み、オプションとして、本装置が、高電圧および高電流スイッチングデバイスを含む。 Example 9 includes the subject matter of Examples 1-8, and optionally, the device includes high voltage and high current switching devices.
例10は、例1〜例9の主題を含み、オプションとして、本装置が、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタを、1キロヘルツの最低周波数且つ少なくとも600ボルトの阻止電圧でスイッチングさせることになる。 Example 10 includes the subject of Examples 1-9, in which the apparatus optionally switches the first and second GaN transverse field effect transistors at a minimum frequency of 1 kHz and a blocking voltage of at least 600 volts. Become.
例11は、例1〜例10の主題を含み、オプションとして、複数のGaN横型電界効果トランジスタの直列連結が、Coss合計=Coss1/Nの合計出力静電容量(Coss)をもたらし、このCoss1は、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタの出力静電容量であり、Nは直列に連結されたSi基板上のGaN横型電界効果トランジスタの数である。 Example 11 includes the subject matter of Examples 1 to 10, and optionally, the series connection of a plurality of GaN horizontal field effect transistors results in a total output capacitance (Coss) of Cos total = Cos1 / N. , The output capacitance of the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate, where N is the number of GaN horizontal field effect transistors on the Si substrate connected in series.
例12は、例1〜例11の主題を含み、オプションとして、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタが、ノーマリオフ型のトランジスタである。 Example 12 includes the subjects of Examples 1 to 11, and optionally, the first and second GaN horizontal field effect transistors are normal off type transistors.
例13は、高電圧高電流スイッチング用の装置を含むシステムを含み、この装置は、シリコン(Si)基板上の第一窒化ガリウム(GaN)横型電界効果トランジスタを含み、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタのソース端子が、第一抵抗素子を介してP型Si基板端子と、第一GaN横型電界効果トランジスタのドレイン端子およびP型Si基板端子に動作可能に連結された第二抵抗素子と、への電気接続を含み、第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧が低下すると、ドレイン端子からバッファ層を介するソース端子への第一リーク電流が、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧と、直列に連結された該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧とを平衡化することになり、このバッファ層は、Si基板で導電性基板上にエピタキシャル成長させられる。 Example 13 includes a system that includes a device for high voltage and high current switching, the device including a first gallium nitride (GaN) horizontal field effect transistor on a silicon (Si) substrate and a first GaN on a Si substrate. The source terminal of the horizontal field-effect transistor is operably connected to the P-type Si substrate terminal via the first resistance element, the drain terminal of the first GaN horizontal field-effect transistor, and the P-type Si substrate terminal. When the voltage on the first GaN horizontal field effect transistor drops, the first leak current from the drain terminal to the source terminal via the buffer layer becomes the first GaN horizontal field effect on the Si substrate. The voltage on the transistor and the voltage on the second GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate connected in series will be balanced, and this buffer layer is epitaxially grown on the conductive substrate on the Si substrate. Be done.
例14は、例13の主題を含み、オプションとして、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタが、該Si基板上の第一ディスクリートGaN横型電界効果トランジスタを含み、該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタが、該Si基板上の第二ディスクリートGaN横型電界効果トランジスタを含む。 Example 14 includes the subject of Example 13, optionally, the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate comprises a first discrete GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate and a second on the Si substrate. The GaN horizontal field effect transistor includes a second discrete GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate.
例15は、例13および例14の主題を含み、オプションとして、Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタと、該Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタとが、モノリシックに該Si基板に合体される。 Example 15 includes the subjects of Examples 13 and 14, and optionally, the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate and the second GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate monolithically include the Si substrate. Is united in.
例16は、例13〜例15の主題を含み、オプションとして、本装置が、Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタのドレイン端子およびP型基板端子の裏側に動作可能に連結された第三抵抗素子を含み、第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧が低下すると、バッファ層を介する、第二GaN横型電界効果トランジスタのドレイン端子からソース端子へのリーク電流が、Si基板上の第二GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧と、直列に連結された該Si基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタ上の電圧とを平衡化することになり、このバッファ層は、Si基板で導電性基板上にエピタキシャル成長させられる。 Example 16 includes the subjects of Examples 13 to 15, and optionally, the apparatus is operably connected to the drain terminal of the second GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate and the back side of the P-type substrate terminal. When the voltage on the first GaN horizontal field-effect transistor including the three resistance elements drops, the leak current from the drain terminal to the source terminal of the second GaN horizontal field-effect transistor via the buffer layer increases to the second on the Si substrate. The voltage on the GaN horizontal field effect transistor and the voltage on the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate connected in series will be balanced, and this buffer layer is a Si substrate and a conductive substrate. It is epitaxially grown on top.
例17は、例13〜例16の主題を含み、オプションとして、本装置が、スイッチ信号をSi基板上の第一GaN横型電界効果トランジスタに供給するための第一ドライバと、スイッチ信号を第二GaN横型電界効果トランジスタに供給するための第二ドライバと、第一GaN横型電界効果トランジスタに直列に連結された第一Si金属酸化物半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)(Metal−Oxide Semiconductor Field−Effect transistor(MOSFET)transistor)と、第二GaN横型電界効果トランジスタに直列に連結された第二SiMOSFETと、を含み、第一および第二SiMOSFETは、第一ドライバおよび第二ドライバの1つのドライバが作動されないときは、共通の電流遮断を行うことになる。 Example 17 includes the subjects of Examples 13 to 16, and optionally, the apparatus provides a first driver for supplying the switch signal to the first GaN horizontal field effect transistor on the Si substrate and a second switch signal. A second driver for supplying to a GaN horizontal field effect transistor and a first Si metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) (MOSFET) Field-Effective transistor connected in series with the first GaN horizontal field effect transistor (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effective Transistor). (MOSFET) transistor) and a second Si MOSFET connected in series with a second GaN horizontal field effect transistor, the first and second Si MOSFETs do not operate one driver, the first driver and the second driver. In some cases, a common current cutoff will be performed.
例18は、例13〜例17の主題を含み、オプションとして、本装置が、第一SiMOSFETのゲート端子と、第一GaN横型電界効果トランジスタのゲート端子に動作可能に連結された第一ドライバと、に動作可能に連結された第一イネーブル回路、および第二SiMOSFETのゲートと、第二GaN横型電界効果トランジスタのゲート端子に動作可能に連結された第二ドライバと、に動作可能に連結された第二イネーブル回路を含み、第一および第二イネーブル回路が、電流を流すために第一および第二SiMOSFETを作動することになる。 Example 18 includes the subject matter of Examples 13 to 17, and optionally includes a first driver operably coupled to the gate terminal of the first Si MOSFET and the gate terminal of the first GaN horizontal field effect transistor. Operatively coupled to a first enable circuit operably coupled to, and a second driver operably coupled to the gate of the second SiMOSFET and the gate terminal of the second GaN horizontal field effect transistor. The first and second enable circuits, including the second enable circuit, will operate the first and second Si MOSFETs to carry current.
例19は、例13〜例18の主題を含み、オプションとして、本装置が、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタをほぼ同時に駆動するため、第一ドライバと第二ドライバとに動作可能に連結されたパルス幅変調(PWM)コントローラを含む。 Example 19 includes the subject matter of Examples 13 to 18, and optionally, the apparatus can operate the first driver and the second driver because the first and second GaN horizontal field effect transistors are driven almost simultaneously. Includes a coupled pulse width modulation (PWM) controller.
例20は、例13〜例19の主題を含み、オプションとして、第一および第二イネーブル回路が、本装置のターンオンおよびターンオフタイミングシーケンスを提供し、PWMコントローラからのPWM信号の配信を可能にすることになる。 Example 20 includes the subject of Examples 13-19, optionally with first and second enable circuits providing turn-on and turn-off timing sequences for the device, allowing delivery of PWM signals from the PWM controller. It will be.
例21は、例13〜例20の主題を含み、オプションとして、本装置が、高電圧および高電流スイッチング電源を含む。 Example 21 includes the subject of Examples 13-20, and optionally the device includes a high voltage and high current switching power supply.
例22は、例13〜例21の主題を含み、オプションとして、本装置が、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタを、1キロヘルツの最低周波数且つ少なくとも600ボルトの阻止電圧でスイッチングさせるように構成される。 Example 22 includes the subject of Examples 13-21, optionally such that the apparatus switches the first and second GaN lateral field effect transistors at a minimum frequency of 1 kHz and a blocking voltage of at least 600 volts. It is composed.
例23は、例13〜例22の主題を含み、オプションとして、複数のGaN横型電界効果トランジスタの直列連結が、Coss合計=Coss1/Nの合計出力静電容量(Coss)をもたらし、このCoss1は、第一GaN横型電界効果トランジスタの出力静電容量であり、Nは直列に連結されたGaN横型電界効果トランジスタの数である。 Example 23 includes the subject of Examples 13 to 22, and optionally, the series connection of a plurality of GaN horizontal field effect transistors results in a total output capacitance (Coss) of Cos total = Cos1 / N, where Cos1 is , The output capacitance of the first GaN horizontal field effect transistor, where N is the number of GaN horizontal field effect transistors connected in series.
例24は、例13〜例23の主題を含み、第一および第二GaN横型電界効果トランジスタがノーマリオフ型のトランジスタである。 Example 24 includes the subjects of Examples 13 to 23, in which the first and second GaN horizontal field effect transistors are normal off type transistors.
例24は、印刷回路基板(PCB)を備えた高電圧パッケージを含む装置を含み、このPCBは、内蔵セラミック挿入体、3Dパワーダイスタックを含み、この3Dパワーダイスタックは、Si電力FETダイ上のGaNトランジスタ、電力SiMOSFETダイ、複数の伝導体および導電ビアを備えるセラミックインタポーザを含み、このSi電力FETダイ上のGaNトランジスタ、SiMOSFET、およびセラミックインタポーザは、はんだの融点を上回る融点を持つ導電性媒体によって取付けられる。 Example 24 includes a device that includes a high voltage package with a printed circuit board (PCB), the PCB including an internal ceramic insert, a 3D power die stack, which is on a Si power FET die. GaN transistors, Si MOSFETs, and ceramic interposers on this Si power FET die include a ceramic interposer with a GaN transistor, a power SiMOSFET die, multiple conductors and conductive vias, and the ceramic interposer is a conductive medium having a melting point above the solder melting point Installed by.
例25は、例24の主題を含み、オプションとして、セラミックインタポーザが、内側および外側のワイヤ接続のための複数のワイヤボンドパッドと、PCBから連続して延びる複数の伝導体と、鉛フリーはんだの融点を上回り且つ摂氏350度を下回る融点を持つ導電性媒体によってPCB上に取付けられた複数の高電流および低電流金属リード端子を含む。 Example 25 includes the subject of Example 24, optionally with a ceramic interposer of multiple wire bond pads for inner and outer wire connections, multiple conductors extending continuously from the PCB, and lead-free solder. Includes multiple high and low current metal lead terminals mounted on the PCB by a conductive medium having a melting point above and below 350 degrees Celsius.
例26は、例24および例25の主題を含み、オプションとして、PCBを有する高電圧パッケージが、成型コンパウンドで被覆される。 Example 26 includes the subjects of Examples 24 and 25, optionally a high voltage package with a PCB coated with a molding compound.
例27は、例24〜例26の主題を含み、オプションとして、本装置が、該デバイスの上面または底面上に熱界面電気絶縁パッド、および露出された熱電気絶縁パッドを含む。 Example 27 includes the subject of Examples 24 to 26, and optionally, the device includes a thermal interface electrical insulation pad on the top or bottom surface of the device, and an exposed thermoelectric insulation pad.
例28は、例24〜例27の主題を含み、本装置が、SiFETダイ上のGaNトランジスタ、およびSiMOSFETダイ上に、複数の小直径のワイヤボンドを含み、これら複数の小直径のワイヤボンドは、低い漂遊インダクタンスおよび高い温度サイクル信頼性を備える。 Example 28 includes the subject matter of Examples 24 to 27, wherein the apparatus includes a plurality of small diameter wire bonds on a SiFET die and a plurality of small diameter wire bonds on the SiFET die. It has low stray inductance and high temperature cycle reliability.
Claims (7)
第一トランジスタ(111、121)を含み、前記少なくとも2つのスイッチングユニットのうちの一スイッチングユニットの前記第一トランジスタのソースが、次段のスイッチングユニットの前記第一トランジスタのドレインに連結されており、
各第一トランジスタの前記ソースが、高抵抗を有する外部抵抗素子(113、123)を介してそのSi基板に接続されており、
前記直列連結の前記第一トランジスタの各々上で電圧低下をほぼ均等に平衡化するように適合された回路構成を形成するために、各第一トランジスタの前記ドレインが、前記外部抵抗素子(113、123)と併せ、前記第一トランジスタのSi基板上のGaNの内部バッファ層のエピタキシャル構造中に形成された内部の電圧制御抵抗(112、122)に接続される、
直列連結。 A series connection of at least two GaN switching units (110, 120) on a Si substrate designed to extend the operating voltage range beyond the breakdown voltage of each switching unit.
The source of the first transistor of one of the at least two switching units including the first transistor (111, 121) is connected to the drain of the first transistor of the next switching unit.
The source of each first transistor is connected to the Si substrate via an external resistance element (113, 123) having a high resistance.
To form the adapted circuit configured to equilibrate substantially equally each on the voltage drops of the first transistor of the series connection, the drain of the first transistor, wherein the external resistor element (113 , 123) and connected to the internal voltage control resistors (112, 122) formed in the epitaxial structure of the GaN internal buffer layer on the Si substrate of the first transistor.
Series connection.
さらに含む、請求項1に記載の直列連結。 It formed in the epitaxial structure of the Si GaN of the internal buffer layer on the substrate of the first transistor, which is connected between the drain and the source of the first transistor, the first transistor of the series connection is adapted to equilibrate substantially uniformly the voltage drops on each internal voltage controlled capacitance (114, 124),
The serial connection according to claim 1, further comprising.
前記それぞれの第一トランジスタの前記ソースと、次段のスイッチングユニットの前記第一トランジスタの前記ドレインとの間に直列に連結された保護トランジスタと、
前記それぞれの第一トランジスタを通る過電流を防止するため、前記それぞれの第一トランジスタのドライバの動作、および前記保護トランジスタの動作を制御するためのイネーブル回路と、
をさらに含む、請求項1に記載の直列連結。 Each of the switching units
A protection transistor connected in series between the source of each of the first transistors and the drain of the first transistor of the next-stage switching unit.
To prevent over current through the first transistor of said respective, an enable circuit for controlling the operation of the driver of each of the first transistor, and the operation of the protection transistor,
The serial connection according to claim 1, further comprising.
The series connection according to claim 5, wherein each of the first transistors is a type of D-mode or E-mode transistor.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US201662426248P | 2016-11-24 | 2016-11-24 | |
US62/426,248 | 2016-11-24 | ||
PCT/IL2017/051277 WO2018096535A1 (en) | 2016-11-24 | 2017-11-23 | Power device for high voltage and high current switching |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020513689A JP2020513689A (en) | 2020-05-14 |
JP6815509B2 true JP6815509B2 (en) | 2021-01-20 |
Family
ID=62194982
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019528119A Active JP6815509B2 (en) | 2016-11-24 | 2017-11-23 | Power supply device for high voltage and high current switching |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6815509B2 (en) |
WO (1) | WO2018096535A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110601682B (en) * | 2019-08-30 | 2023-03-21 | 深圳先进技术研究院 | Switching circuit, switching device, integrator, and switched capacitor circuit |
WO2023073682A1 (en) * | 2021-10-29 | 2023-05-04 | Visic Technologies Ltd. | Power switch with normally on transistor |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100797014B1 (en) * | 2006-05-09 | 2008-01-22 | 알에프 에이치아이씨 주식회사 | Hybrid switch module using GaN transistor |
JPWO2011064955A1 (en) * | 2009-11-30 | 2013-04-11 | パナソニック株式会社 | Bidirectional switch |
JP2012004253A (en) * | 2010-06-15 | 2012-01-05 | Panasonic Corp | Bidirectional switch, two-wire ac switch, switching power circuit, and method for driving bidirectional switch |
US9118322B2 (en) * | 2010-10-12 | 2015-08-25 | Alpha And Omega Semiconductor (Cayman) Ltd | Low leakage dynamic bi-directional body-snatching (LLDBBS) scheme for high speed analog switches |
US9214932B2 (en) * | 2013-02-11 | 2015-12-15 | Triquint Semiconductor, Inc. | Body-biased switching device |
US20140374766A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-25 | Texas Instruments Incorporated | Bi-directional gallium nitride switch with self-managed substrate bias |
JP5669119B1 (en) * | 2014-04-18 | 2015-02-12 | 株式会社パウデック | Semiconductor element, electric device, bidirectional field effect transistor, and mounting structure |
US9438223B2 (en) * | 2014-05-20 | 2016-09-06 | Qualcomm Incorporated | Transistor based switch stack having filters for preserving AC equipotential nodes |
US10042761B2 (en) * | 2016-05-03 | 2018-08-07 | International Business Machines Corporation | Read and write sets for transactions of a multithreaded computing environment |
-
2017
- 2017-11-23 JP JP2019528119A patent/JP6815509B2/en active Active
- 2017-11-23 WO PCT/IL2017/051277 patent/WO2018096535A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020513689A (en) | 2020-05-14 |
WO2018096535A1 (en) | 2018-05-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9525413B2 (en) | Power switching systems comprising high power e-mode GaN transistors and driver circuitry | |
JP7056836B2 (en) | High current, low switching loss SiC power module | |
US10141302B2 (en) | High current, low switching loss SiC power module | |
US9083343B1 (en) | Cascode switching circuit | |
CN107317461B (en) | Power conversion device | |
TWI596899B (en) | Gate drivers for circuits based on semiconductor devices and method of operating the circuits | |
Reiner et al. | Monolithically integrated power circuits in high‐voltage GaN‐on‐Si heterojunction technology | |
TW202129455A (en) | Electronic circuit and method of operating an electronic circuit | |
TW201507339A (en) | Bridge circuits and method of operating the same | |
US9912332B2 (en) | Semiconductor device | |
Prasobhu et al. | Gate driver for the active thermal control of a DC/DC GaN-based converter | |
US20170346480A1 (en) | High-Voltage Stacked Transistor Circuit | |
CN108574399A (en) | Power electronic equipment, control method and the device for including single semiconductor packages | |
TW201703406A (en) | Switching device and power module | |
KR20150046753A (en) | Rc-igbt with freewheeling sic diode | |
US10200030B2 (en) | Paralleling of switching devices for high power circuits | |
US10298227B2 (en) | Power device for high voltage and high current switching | |
JP6815509B2 (en) | Power supply device for high voltage and high current switching | |
Shojaie et al. | Design of an all-GaN bidirectional DC-DC converter for medium voltage DC ship power systems using series-stacked GaN modules | |
US9991776B2 (en) | Switched mode power supply converter | |
JP7078619B2 (en) | Switching of parallel reverse conduction IGBTs and wide bandgap switches | |
Nawaz et al. | On the comparative assessment of 1.7 kV, 300 A full SiC-MOSFET and Si-IGBT power modules | |
Fukunaga et al. | Switching Surge Voltage Suppression in SiC Half-bridge module with double side conducting ceramic substrate and snubber capacitor | |
RU148939U1 (en) | POWER REVERSED SEMICONDUCTOR DEVICE | |
JP5737509B2 (en) | Switching circuit |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190709 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200728 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201023 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20201208 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20201222 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6815509 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |