JP6858413B2 - 偶発的なターンオンを防止する受動素子を備える二重ベース接続バイポーラトランジスタ - Google Patents
偶発的なターンオンを防止する受動素子を備える二重ベース接続バイポーラトランジスタ Download PDFInfo
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Description
優先権が、米国仮出願第62/308,660号から主張され、この米国仮出願が、参照により本明細書に援用される。
[背景]
本出願は、バイポーラ導通を用いる半導体スイッチに関し、より具体的には、2つのベース接続を用いるバイポーラトランジスタに関する。
(参照によりその全体が本明細書に援用される)米国出願公開第2014−0375287号は、(特に)「B−TRAN」として知られる新たな双方向バイポーラトランジスタを開示する。B−TRANデバイス及びその動作モードのさらなる改良が、出願第14/937,814号及び第14/882,316号にて開示されている。
サンプル回路記号が図2に示されている。この回路記号は、2つのベース接続が示されていることを除いては、バイポーラ接合トランジスタの回路記号に類似する。この回路記号は、2つの異なるベース接触領域が、ダイの2つの表面上に配置されているという図1Bのデバイス構造に対応している。
図4は、B−TRANの別の例示的実施形態を示す。本実施形態において、トレンチは、フィールドプレートを含み、フィールドプレートへの静電結合は、垂直方向の周辺電圧勾配を滑らかにすることに役立つ。
本出願の多数の革新的な教示は、(限定としてではなく、例としての)現在の好ましい実施形態を特に参照して説明される。本出願は、いくつかの発明を説明するが、以下の記述のいずれも、概して、請求項を限定するものとして捉えられるべきではない。
本出願は、B−TRANのようなデバイスのための「受動オフ」保護を提供することに対する新たなアプローチを開示する。たとえ制御回路構成が作動しなくても、AC結合は、外部端子の過渡電圧を用いて、エミッタ接合に順方向バイアスがかかることを防止する。
本例では、ページ最上部の外部端子がハイになり始め、制御回路構成は作動していないと仮定する。これにより、接続部EC2はコレクタ端子となり、接続部EC1はエミッタ端子となることになる。したがって、接続部B1はeベースとして動作し、接続部B2はcベースとして動作する。
図5は、受動オフ機能の代替の回路実現を示す。(WO2014/210072の図12に対応する図3においてJFETとして実装されている)常時オンスイッチが、抵抗器に置き替えられている。
[利点]
開示されたイノベーションは、種々の実施形態において、少なくとも以下の利点のうちの1つ以上を提供する。しかしながら、これらの利点の全てが、開示されたイノベーションの全てに起因するものではなく、この利点のリストは、種々の請求された発明を限定しない。
・より耐久性のある電力半導体デバイス
・より高いブレークダウン電圧を有する電力半導体デバイス
・より低いオン抵抗を有する電力半導体デバイス
・より低コストの電力半導体デバイス
必ずしも全ての実施形態ではないが、いくつかの実施形態によれば、以下のことがもたらされる:本出願が、B−TRANのようなデバイスのための「受動オフ」保護を提供することに対する新たなアプローチを開示する。たとえ制御回路構成が作動しなくても、AC結合は、外部端子の過渡電圧を用いて、エミッタ接合に順方向バイアスがかかることを防止する。好ましくは、ダイオードモード及び事前ターンオフ動作を実行する同一のスイッチが、受動オフ回路動作の一部として用いられる。
[変更及び変形]
当業者に認識されるであろうように、本出願において説明された革新的概念は、非常に大きな応用範囲にわたり変更及び変形されてもよく、従って、特許される主題の範囲は、与えられた特定の例示的な教示のいずれによっても限定されない。添付された請求項の精神及び広い範囲に該当する、全てのこのような代替、変更及び変形を包含することが意図される。
特許請求の範囲は、とりわけ(そして、独創的で、及び/または、意外性があり、及び/または、有利であるものとして本明細書に示されるその他の点に加えて、例外なく)以下のとおりである。
Claims (16)
- スイッチング回路であって、
第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域を第2導電型半導体ダイの第1及び第2のそれぞれの表面上に備え、第1及び第2エミッタ接合と、前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域と同一表面上の第1ベース接触領域と、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域と同一表面上の第2ベース接触領域と、を個別に規定し、両方のベース接触領域が、前記第2導電型半導体ダイに対してオーミック接触を個別に形成する、電力半導体デバイスと、
オンの場合に、前記第1ベース接触領域を前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第1駆動トランジスタ、及び、オンの場合に、前記第2ベース接触領域を前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第2駆動トランジスタと、
電圧スルーレートを前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域にわたって電気的に接続して、エミッタ側駆動トランジスタを作動させ、エミッタ作動領域と、該エミッタ作動領域に対応する前記ベース接触領域との間の電圧を制限するように動作可能に接続された過渡結合回路と、
を備え、
前記エミッタ作動領域は、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちどちらかエミッタになっている方に対応し、
前記エミッタ側駆動トランジスタは、前記第1駆動トランジスタ及び前記第2駆動トランジスタのうちの、前記エミッタ作動領域に接続される方に対応し、
前記スイッチング回路は、さらに、
導通のターンオン及びターンオフを制御するために前記第1及び第2ベース接触領域を独立して駆動し、前記第1駆動トランジスタ及び第2駆動トランジスタが前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちの少なくとも1つを、該少なくとも1つに対応するベース接触領域に接続するスイッチング位相を含む、制御回路と、
を備え、
前記第1エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第1エミッタ接合の固有の順方向ダイオード電圧降下より低く制限され、前記第2エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第2エミッタ接合の固有の順方向ダイオード電圧降下より低く制限されることにより、前記制御回路が作動しない場合に漏れ電流が増幅されず、ブレークダウン電圧が漏れ電流の増幅により低下しない、
スイッチング回路。 - 請求項1に記載のスイッチング回路であって、
前記第2導電型半導体ダイは、シリコンである、
スイッチング回路。 - 請求項1又は2に記載のスイッチング回路であって、
前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域は、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第1の前記表面上の前記ベース接触領域は、前記第2導電型半導体ダイ自体を通ることを除き、前記第2の前記表面上の前記ベース接触領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - スイッチング回路であって、
第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域を第2導電型半導体ダイの第1及び第2のそれぞれの表面上に備え、第1及び第2エミッタ接合と、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域とそれぞれ同一の2つの表面上の第1及び第2ベース接触領域とを個別に規定し、両方のベース接触領域が、前記第2導電型半導体ダイに対して、オーミック接触を個別に形成する、電力半導体デバイスと、
オンの場合に、前記第1ベース接触領域を前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第1駆動トランジスタ、及び、オンの場合に、前記第2ベース接触領域を、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第2駆動トランジスタと、
コレクタ作動領域から電圧スルーレートを電気的に接続して、反対側駆動トランジスタを作動させる過渡結合回路と、
を備え、
前記コレクタ作動領域は、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちのコレクタ側の方に対応し、
前記反対側駆動トランジスタは、前記第1駆動トランジスタ及び前記第2駆動トランジスタのうちの、反対側領域に接続される方に対応し、
前記反対側領域は、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちの前記コレクタ作動領域とは異なる方に対応し、
前記スイッチング回路は、さらに、
前記第1及び第2ベース接触領域を独立して駆動し、前記第1駆動トランジスタ及び/または前記第2駆動トランジスタが、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちの少なくとも1つを、該少なくとも1つに対応する前記ベース接触領域に接続するスイッチング位相を含む、制御回路と、
を備え、
前記第1エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第1エミッタ接合の固有の順方向ダイオード電圧降下よりも低くなるように制限され、前記第2エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第2エミッタ接合の固有の前記順方向ダイオード電圧降下よりも低く制限される、
スイッチング回路。 - 請求項5に記載のスイッチング回路であって、
前記第2導電型半導体ダイは、シリコンである、
スイッチング回路。 - 請求項5又は6に記載のスイッチング回路であって、
前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域は、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - 請求項5から7のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第1の前記表面上の前記ベース接触領域は、前記第2導電型半導体ダイ自体を通ることを除き、前記第2の前記表面上の前記ベース接触領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - スイッチング回路であって、
第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域を第2導電型半導体ダイのそれぞれの表面上に備え、第1及び第2エミッタ接合と、前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域と同一表面上の第1ベース接触領域と、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域と同一表面上の第2ベース接触領域と、を個別に規定し、両方のベース接触領域が、前記第2導電型半導体ダイに対してオーミック接触を個別に形成する、電力半導体デバイスと、
オンの場合に、前記第1ベース接触領域を前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第1駆動トランジスタ、及び、オンの場合に、前記第2ベース接触領域を前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に動作可能に接続する第2駆動トランジスタと、
少なくとも1つの直列抵抗を備え、電圧スルーレートを前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域にわたって電気的に接続して、エミッタ側駆動トランジスタを作動させ、エミッタ作動領域と、該エミッタ作動領域に対応する前記ベース接触領域との間の電圧を制限するように動作可能に接続された過渡結合回路と、
を備え、
前記エミッタ作動領域は、前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちどちらかエミッタになっている方に対応し、
前記エミッタ側駆動トランジスタは、前記第1駆動トランジスタ及び前記第2駆動トランジスタのうちの、前記エミッタ作動領域に接続される方に対応し、
前記スイッチング回路は、さらに、
導通のターンオン及びターンオフを制御するために前記第1及び第2ベース接触領域を独立して駆動し、前記第1駆動トランジスタ及び第2駆動トランジスタが前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域のうちの少なくとも1つを、該少なくとも1つに対応するベース接触領域に接続するスイッチング位相を含む、制御回路と、
を備え、
前記第1エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第1エミッタ接合の固有の順方向ダイオード電圧降下より低く制限され、前記第2エミッタ接合上の順方向電圧が、前記第2エミッタ接合の固有の順方向ダイオード電圧降下より低く制限されることにより、前記制御回路が作動しない場合に漏れ電流が増幅されず、ブレークダウン電圧が漏れ電流の増幅により低下しない、
スイッチング回路。 - 請求項9に記載のスイッチング回路であって、
前記第2導電型半導体ダイは、シリコンである、
スイッチング回路。 - 請求項9又は10に記載のスイッチング回路であって、
前記第2導電型半導体ダイ自体を通ることを除き、前記第1の第1導電型エミッタ/コレクタ領域は、前記第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - 請求項9から11のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第1の前記表面上の前記ベース接触領域は、前記第2導電型半導体ダイ自体を通ることを除き、前記第2の前記表面上の前記ベース接触領域に電気的に接続されない、
スイッチング回路。 - 請求項9から12のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第1及び第2の第1導電型エミッタ/コレクタ領域は両方ともn型である、
スイッチング回路。 - 請求項9から13のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第2導電型半導体ダイはp型である、
スイッチング回路。 - 請求項9から14のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記第1及び第2ベース接触領域は両方ともp型である、
スイッチング回路。 - 請求項9から15のいずれか1項に記載のスイッチング回路であって、
前記過渡結合回路は、いかなる直列接続された能動デバイスも含まない
スイッチング回路。
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