JPH02297614A - 半導体ａｃスイツチ - Google Patents

半導体ａｃスイツチ

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JPH02297614A
JPH02297614A JP2094932A JP9493290A JPH02297614A JP H02297614 A JPH02297614 A JP H02297614A JP 2094932 A JP2094932 A JP 2094932A JP 9493290 A JP9493290 A JP 9493290A JP H02297614 A JPH02297614 A JP H02297614A
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power
semiconductor
terminal
switch
energy storage
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JP2094932A
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Gary V Fay
ゲイリー・ベルノア・フエイ
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Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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Publication date
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    • H03K17/6871—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 the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor
    • H03K17/6874—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 the output circuit comprising more than one controlled field-effect transistor in a symmetrical configuration

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  • Electronic Switches (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、一般的には、ＡＣ電力のスイッチ手段もしく
は制御手段に関し、更に具体的には、高電圧における動
作を可能とするための内部バイアス発生、エネルギー蓄
積及び制御入力アイソレーション（絶縁分離）の動作を
行なう改良されたソリッドステートスイッチング手段と
しての半導体ＡＣスイッチに関する。
〔従来の技術〕
歴史的には、メカニカルリレー、真空管及びガス放電管
等が（例えば１ｏｏｖ以上の）大きな電圧を取扱うＡＣ
電力の制御用として用いられてきた。更に最近になって
、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ及び
サイリスタを用いる半導体スイッチが開発されてきてい
る。このような半導体技術を基礎とするスイッチは当業
技術においてよく知られたように数多くの既知の限界、
制限を有している。これらの限界事項の中には、半導体
デバイスの制御リードに対して適切なりＣバイアスを与
えることが難しいということが存在する。従来技術にお
いては、この点は一般的に以下のようにして達成されて
いる。即ち、バイアスの発生に対して別の電源を供給す
ること、或いはメイン（主要）ＡＣパワー（電源）す゛
−ド或いはそれらの組み合わせからの制御回路のＤＣ分
離を与えるためのトランスを用いることによって一般的
には達成されている。これらの及び他の先行技術として
の方法は扱いに（＜、かさばったものであり、経済的な
コストもかかりまたしばしばスイッチの制御リードとパ
ワーリードとの間の適切なる分離を与えることは難しい
ものとなっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
従って、本発明の目的の１つは、制御入力を分離するた
めに外部バイアス発生成いはトランスを使用する必要の
ない、半導体素子を用いるＡＣ電力スイッチ用の改善さ
れた手段としての半導体ＡＣスイッチを提供することで
ある。
更に、本発明の別の目的の１つは、半導体素子を用い、
そしてトランスを使用しないで、かつパワー（電力）部
と制御信号との間、の共通の接地基準を必要としない、
内部バイアス発生手段を用いるＡＣパワースイッチ用の
改善された手段としての半導体ＡＣスイッチを提供する
ことである。
ここに使用されている如く、“スイッチ”或いは“半導
体スイッチ”という用語（ｗｏｒｄ）は電気的なパワー
の連続的な可変制御及び／或いはバイナリ−（オン−オ
フ）制御用の半導体素子を用いるデバイス（装置）に関
して参照することを意図している。′モノリシック”と
いう用語は別々の独立の部品がアセンブル組み立てされ
ているというよりはむしろ、集積回路の形式で共通の基
板上で形成されている構造に関して参照することを意図
している。そして、”ＭＯＳＦＥＴ”或いは“ＭＥＳＦ
ＥＴＳ”という用語はＮ型チャネルもしくはＰ型チャネ
ルのいづれかでかつ様々な幾何学的寸法を有する絶縁ゲ
ート電界効果デバイスに関して参照することを意図され
ている。
〔課題を解決するための手段〕
上記の及び他の目的及び利点は以下に述べる電気的な装
置（半導体ＡＣスイッチ）を通して望ましい実施例にお
いて実現されている。即ち、該電気的な装置（半導体Ａ
Ｃスイッチ）は、第１及び第２のパワーＭＯＳＦＥＴを
含み、ここで第１及び第２のＭＯＳＦＥＴの第１の電力
端子は互いに結合されかつ第２のＭＯＳＦＥＴの第２の
電力端子は第１の電力出力手段に結合され、しかもここ
で第１及び第２のＭＯＳＦＥＴは互いに結合された第１
及び第２のゲート電極を具えている。更に該装置（半導
体ＡＣスイッチ）は第２の電力入力手段に結合された第
１の端子と第２の端子を有する整流器手段と、該整流器
手段の第２の端子に結合された第１の端子とＭＯＳＦＥ
Ｔの第１の電力端子に結合された第２の端子とを具える
エネルギー蓄積手段と、該エネルギー蓄積手段の第１の
端子から互いに結合されたゲート電極へ延長（拡張）し
ている接続手段とを含んでいる。
ＡＣパワー（電力）を制御するための望ましい実施例に
おいては、エネルギー蓄積手段はＡＣ電力入力から充電
されたＤＣエネルギー蓄積手段を含みしかも接続手段は
その抵抗値が光学的入力信号によって調整可能な可変抵
抗手段によって構成されている。エネルギー蓄積手段は
該装置（半導体ＡＣスイッチ）に内蔵されることが望ま
しい。
互いに結合された第１の電力端子と互いに結合されたゲ
ート電極との間には所定の抵抗が存在することがまた望
ましい。更に本発明のデバイスはモノリシックな形状で
形成されることが望ましい。
〔概　要〕
パワーＭＯＳＦＥＴスイッチ及び絶縁分離された制御入
力に対する内部バイアス発生手段を具える改善された半
導体ＡＣスイッチが開示されている。基板（サブストレ
ート）ダイオードを具えたデュアルパワーＭＯＳＦＥＴ
がソース（電源；Ｓ。
ｕｒｃｅ）と負荷との間に直列に接続されている。ＭＯ
ＳＦＥＴに“対するＤＣゲートバイアスは、典型的には
毎半サイクル毎にライン（ｌｉｎｅ）から充電するエネ
ルギー蓄積手段を内蔵する内部電源から発生している。
パワーＭＯＳＦＥＴのゲートは、光入力信号によって制
御された可変抵抗を含む電圧分圧（割）回路網を通して
内部バイアス発生器に連結されている。内部（蔵）エネ
ルギー蓄積手段はキャパシタ或いはソリッドステートバ
ッテリー、そして望ましくはモノリシック厚膜或いは薄
膜バッテリーであってもよい。いかなるトランスも或い
は外部制御バイアス発生器も不要であり、その結果とし
てのスイッチは特に簡単化され小型化されている。
〔実施例〕
第１図乃至第６図において図示された回路は半導体スイ
ッチとしてのＮチャネルＭＯＳＦＥＴと適切なる方向に
導通を与えるように配置された種々のダイオードと及び
他の部品とを用いて構成されている。しかしながら、こ
こに示された回路は単に理解を容易にするために一例と
して図示されたものにすぎない。当業技術者達にはＰチ
ャネルデバイスもまた使用可能であるということは容易
に理解されるであろうし、かつ更にまた逆の導電型のパ
ワーＭＯＳＦＥＴに基づいた等価な機能°を発揮する回
路を提供するための種々のダイオード及び他の部品の導
通方向をどのように構成配置するかをも容易に理解でき
るであろう。
第１図は従来の技術による半導体ＡＣスイッチの回路図
ＩＯを図示している。ＡＣ電源１６と負荷１８との間に
はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１２．１４が直列に接続され
ている。ＭＯ３ＦＥＴ１２．１４をターンオン、ターン
オフするための制御信号は絶縁トランス２２及び整流用
ＤＣバイアス回路２４を介して第２のＡＣ電源２０によ
って与えられている。バイアス回路２４はパワーＭＯＳ
ＦＥＴ１２．１４のゲートに結合されていて、かつ整流
ダイオード２６．２８、キャパシタ３０１及び抵抗３４
１を具えるＪＦＥＴ’３２１から構成されている。トラ
ンス２２のために、ＭＯＳＦＥＴ１２．１４の共通接続
ソース３６１と共通接続ゲート３８１との間に与えられ
たバイアスはＡＣ電源１６と同じ接地レベルに対して基
準を取る必要がなくなっている。
一般的に云って、第１図の先行技術の回路はモノリシッ
クの形式で構成することはできない。なぜならば、低周
波（例えば１００ＭＨｚ以下で特に５Ｏ−４００Ｈｚ標
準電源周波数）においての使用に適したトランスはこの
ようなモノリシックな形式では構成できないからである
。更に、第１図の先行技術としての回路はパワーＭＯＳ
ＦＥＴを導通もしくは非導通にバイアスするための制御
電圧を発生するための第２のＡＣ電源２０を必要として
いる。
第２図乃至第６図は本発明の様々な実施例に従う改善さ
れた半導体ＡＣスイッチの回路図を図示している。第２
図に図示された第１の実施例において、ＡＣ電源３２は
入力端子３４．３５に接続されかつ負荷３６は半導体Ａ
Ｃスイッチ３０の出力端子３８．３９に接続されている
。共通ソース接続点４４を有するパワーＭＯＳＦＥＴ４
０．４２は入力端子３４と出力端子３８との間で直列に
結合されている。ダイオード４６．４８はそれぞれＭＯ
ＳＦＥＴ４０．４２のソース、ドレインの両端に橋絡（
ブリッジ）結合されている。ダイオード４６．４８　ハ
ハ’７−Ｍ０　Ｓ　Ｆ　Ｅ　Ｔ（７）ドレイン領域に関
連してドレイン基板間に形成された基板（サブストレー
ト）ダイオードであってもよい。
この点に関しては、ソース領域は基板の部分に短絡され
ていて、基板−ドレインダイオードを形成することが望
ましい。ＭＯＳＦＥＴ４０．４２のゲート５０．５２は
互いに共通ゲート接続点５６に連結されている。抵抗５
８は望ましくは共通ゲート接続点５６と共通ソース接続
点４４との間に与えられている。
入力端子３４が瞬時的に正になった時、半導体ＡＣスイ
ッチ３０が導通するためには、充分なりＣバイアスがＭ
ＯＳＦＥＴ４０をターンオンさせるためにゲート５０に
印加されなければならない。
その時、電流はＭＯＳＦＥＴ４０とダイオード４８を通
して負荷３６へ流れる。入力端子３４が瞬時的に負にな
った時、ＭＯＳＦＥＴとダイオードの機能は逆転しく反
対となり）　、ＭＯＳＦＥＴ４２とダイオード４６を介
して導通が起こる。この点に関しては、本発明の回路の
機能は第１図の先行技術の回路の機能と同じものである
。
しかしながら、第１図の先行技術の回路とは異なって、
第２図において図示された本発明の回路はパワーＭＯＳ
ＦＥＴのゲートに印加されるべき制御バイアス電圧を発
生するために別の発振器及びトランスを必要としない。
第２図の実施例において図示されるように、本発明は、
負荷３６へ（半導体ＡＣスイッチ３０を介して）パワー
を与える同じＡＣ入力端子３４．３５からそのパワーを
得ているバイアス発生器用エネルギー蓄積モジュール６
０及びバイアス発生器用可変抵抗手段６２を用いている
。
エネルギー蓄積モジュール６０は少なくともＡＣ波形の
１部分の期間中、典型的には各々の半サイクルにおいて
ＡＣラインから充電されている。
第１の実施例において、エネルギー蓄積モジュール６０
は整流ダイオード６４、直列電流制限抵抗６６、及び電
荷蓄積キャパシタ６８を含んでいる。
ツェナーダイオード７０及びフィルタキャパシタ７２は
電荷蓄積キャパシタ６８の両端の電圧を制御（ｒｅｇｕ
ｌａｔｅ）するために便宜上用いられている。
エネルギー蓄積モジュール６０の端子６５は入力端子３
５へ接続されていて、かつ端子６７は共通ソース接続点
４４に接続されている。これらの接続関係はエネルギー
蓄積モジュール６０のＡＣ経路（ｐａｔｈｗａｙ　）を
与えている。可変抵抗手段６２は、例えば、エネルギー
蓄積モジュール６０のＤＣ出力６９と共通ゲート接続点
５６との間に与えられているＭＯＳＦＥＴである。抵抗
６２及び５８は電圧分圧器を提供している。可変抵抗手
段６２の抵抗値が高い（即ち、例えばＭＯＳＦＥＴ６３
がターンオフされる）時、抵抗５８は共通ゲート接続点
５６の電位を共通ソース接続点４４の電位までプルダウ
ンしてその結果、ＭＯＳＦＥＴ４０．４２がターンオフ
される。可変抵抗手段６２の抵抗値が低い（即ち、ＭＯ
ＳＦＥＴ６３がターンオンされる）時、共通ソース接続
点４４と共通ゲート接続点５６との間の電圧は抵抗５８
と抵抗６２の比とエネルギー蓄積モジュール６０のＤＣ
出力６９の電圧によって決定される電圧まで上昇するで
あろう。
制御モジュール７４は、この実施例においては、トラン
ジスタ７５．７６、抵抗７７−７９及び太陽（光）電池
ダイオードスタック８０から構成されており、例えば発
光ダイオード（ＬＥＤ）８４から与えられる外部供給光
信号８２に応答して可変抵抗６２をターンオン或いはタ
ーンオフするのに必要とされるバイアスを与える。太陽
（光）電池ダイオードスタック８０はＭＯＳＦＥＴ６３
の閾値以上の電圧を発生して該ＭＯＳＦＥＴ６′３を充
分にターンオンするためには充分な数の直列接続ダイオ
ードを持たなければならない。また、一方で、エネルギ
ー蓄積モジュール６０によって与えられる大部分の電圧
はＭＯＳＦＥＴ４０．４２のゲートの両端にそれらをタ
ーンオンさせるために現われる。光信号８２が数珠（ｓ
ｔｒｉｎｇ）つなぎの太陽電池ダイオードスタック８０
に照射された時、ＭＯＳトランジスタ７６のゲートには
それをターンオンさせる電圧が現われ、その後ＭＯＳト
ランジスタ７５のゲートを閾値電圧よりも低くプルダウ
ンさせてＭＯＳ）ランジスタフ５がターンオフし、従っ
てダイオードスタック８０からの電圧は短絡しなくなる
。抵抗７７とＭＯＳトランジスタ７５は、ダイオードス
タック８０上にいかなる光照射も存在しない時、トラン
ジスタ６３のゲートが充電しないこと、及び従ってトラ
ンジスタ６３が不注意にターンオンしないこと、そして
従ってパワーＭＯ８）ランジスタ４０．４２がターンオ
ンしないことを保証している。
１２０Ｖで約４Ａをスイッチすることのできる半導体Ａ
Ｃスイッチは第２図の構成に従って実現できるというこ
とが明らかとなっている。この例では抵抗５８は３にΩ
、直列電流制限抵抗６６及び抵抗７９は約３０にΩ、抵
抗７８は約５０にΩそして抵抗７７は約７５にΩに適宜
に選ばれる。
適当なる面積領域を占めるこのような値の抵抗は低濃度
にドープされたか或いはアンドープのポリシリコンによ
って容易に形成可能であり、当業技術においてよく知ら
れているさらにまた他の抵抗材料もまた適用可能である
。これらの抵抗値は適切なるものであるが、一方で他の
値も、既に前述の議論において述べられたような電圧分
圧（割）器の動作を適切に与えるような抵抗比を有する
限りにおいては有用である。オフ状態において約ｌＯ：
１、オン状態において約１＝１の比が可変抵抗手段６２
及び固定された抵抗５８に対して適切な抵抗比である。
電流及び／或いは電圧が高くなれば、より大きなパワー
ＭＯＳトランジスタ４０．４２及び／もしくはより大き
な電圧阻止能力（ｇｒｅａｔｅｒ　ｖｏｌｔａｇｅ　５
ｔａｎｄ−ｏｆｆ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）を持ったト
ランジスタを用いることによってスイッチできるであろ
う。（大電流／大電圧を扱う場合にも電流容量／耐圧の
大きなトランジスタを用いれば良く、上記の抵抗比の設
計は同様に行なえばよい。）５０−６０＆動作に対して
は、例えば、電荷蓄積キャパシタ６８、フィルタキャパ
シタ７２の値としては、より大きな値或いは小さな値の
キャパシタであっても使用可能ではあるが、ｌμＦの値
に適切に選ばれている。キャパシタ７２はＡＣピークラ
イン電圧（ｐｅａｋ　１ｉｎｅ　ｖｏｌｔａｇｅ　）を
受けるがキャパシタ６８は抵抗６６とツェナーダイオー
ド７０によって保護されている。キャパシタ７２は、Ａ
Ｃライン電圧がピークよりも低いか或いは逆方向の半サ
イクルにある畦、抵抗６６を通して電荷を供給する。エ
ネルギー蓄積キャパシタの大きさく５ｉｚｅ）はパワー
ＭＯＳＦＥＴのゲート容量と抵抗５８の時定数によって
決定されている。可変抵抗手段６２と抵抗５８との適切
なる比を維持しつつ抵抗５８の値を増加させることによ
って、エネルギー（電荷）蓄積キャパシタンスの容量は
減少する。ゲートキャパシタンスとエネルギー（電荷）
蓄積キャパシタンスとの組み合わせ内において、充分な
るエネルギーが蓄積されなければならない。そしてパワ
ーＭＯＳＦＥＴのゲート４０゜４２は、エネルギーがエ
ネルギー蓄積手段６ｏ及びＡＣラインからのゲート接続
点に対して供給されない半サイクルの期間中はそのエネ
ルギー蓄積状態が保持されることになる。
ツェナーダイオード７０は約８ｖの降伏電圧を有するこ
とが好都合である。太陽（光）電池ダイオードスタック
８０は光が照射された特約６Ｖで５０μＡの電流を導通
できる。
電圧制御ダイオード及び太陽（光）電池ダイオードは当
業技術においてよく知られた手段を用いて形成される所
定のドーピングレベルの隣接する半導体領域を提供する
ことによって形成されている。共通の半導体デバイス製
造技術がエネルギー蓄積モジュール６０内のキャパシタ
６８．７２を形成するために用いられているとよい。キ
ャパシタの占有面積を低減化するためにはキャパシタ誘
電体として、例えばシリコン窒化膜のようなより高い誘
電率を有する材料を用いることが望ましい。
第３図は本発明のさらに別の実施例に従う半導体ＡＣス
イッチを図示しており、ここでは、第２図で図示したエ
ネルギー蓄積モジュール６０は整流ダイオード９４、直
列電流制限抵抗９６及びバッテリー９８から構成される
エネルギー蓄積モジュール９２によって置換されている
。エネルギー蓄積モジュール９２の出力端子点６５．６
７及びＤＣ出力端子６９は第２図のエネルギー蓄積モ°
ジュール６０の例と同じように他の回路接続点に対して
同様な接続関係を保有している。
バッテリー９８は従来のエネルギー蓄積セルであっても
よいが、バッテリー９８はまたモノリシックであること
、即ち、半導体ＡＣスイッチａ、Ｏの残りの領域と同じ
基板上に形成されていることが望ましい。固体電解（液
）（ソリッド　エレクトロライト）　　（ｓｏｌｉｄ　
ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ）を用いるバッテリーが当業
技術においては知られている。例えば、その例としては
、Ａ、　Ｈｏｏｐｅｒによる“５ＯＬＩＤＳＴＡＴＥ　
　ＢＡＴＴＥＲＩＥＳ　　ＦＯＲＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ
８ＡＮＤ　　ＭＩＣＲＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ８ＡＰＰ
ＬＩＣＡＴＩＯＮＳ”、と題するＥｌｅｃｔｒｉｃ　Ｖ
ｅｈｉｃｌｅ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　　（ＵＫ）
　、Ｖｏｌ、６．Ｎｏ、３．Ｊｕｌｙ１９８７、ｐｐ、
９９−１０１において掲載された論文及びＡ、　Ｈｏｏ
ｐｅｒ及びＢ、　Ｔｏｆｉｅｌｄによる“ＡＬＬ　　５
ＯＬＩＤ　　５ＴＡＴＥ　　ＢＡＴＴＥＲＩＥＳ”、　
　と題するＪｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　５ｏｕ
ｒｃｅｓ。
Ｖｏｌ、１１．Ｊａｎ−Ｆｅｂ、１９８４．ｐｐ、３３
−４１に掲載された論文及びＪ、Ｏｗｅｎによる“ＭＩ
ＣＲＯ−ＢＡＴＴＥＲＩ　ＥＳ”、　と題する５ｏｌｉ
ｄ　５ｔａｔｅ　Ｂａｔｔｅｒｉｅｓ、　Ｐｒｏｃｅｅ
ｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅＮＡＴＯＡｄｖａｎｃｅｄ　
５ｔｕｄｙ　Ｉｎ５ｔｉｔｉｕｔｅ、　　１９８５　、
　Ｉ）ｐ、４１３−４２２において掲載された論文等に
おいて発表されている通りである。厚膜或いは薄膜或い
はそれらの組み合わせとして形成されうる固体バッテリ
ーが上記の論文の中では開示されている。従って、例え
ば、ＭＯ８）ランジスタや、抵抗、ダイオードに対して
用いられたのと同じ基板上に薄膜固体バッテリーを当業
技術において知られた手段を用いて形成することによっ
て、エネルギー蓄積性能部分を集積化したモノリシック
な半導体ＡＣスイッチが提供される。
当業技術者は、ＭＯＳＦＥＴが電力スイッチングデバイ
スとして使用されることから、第２図のキャパシタ６８
内か或いは第３図のバッテリー９８内のいづれかに蓄積
さるべきエネルギー量は小さいものであると理解できる
であろう。
さらに蓄積されたエネルギーは頻繁に、しかし典型的に
は本質的ではないが半サイクル毎に、リフレッシュ（ｒ
ｅｆｒｅｓｈ　）されることから、エネルギーは長い期
間のあいだ蓄積される必要はない。
このエネルギー蓄積のリフレッシュは、スイッチがター
ン“オン”されているかターン“オフ”されているかに
関係なく、ライン（１ｉｎｅ）に結合されている限り生
ずる。
第４図は第２図技工第３図の制御モジュール７４が簡略
化され制御モジュール１０４に置き換えられたスイッチ
３０の更に別の実施例を図示する。
制御モジュール１０４はダイオードストリング（ｓｔｒ
ｉｎｇ）　　（太陽電池ダイオードスタック）８０及び
抵抗９９を含む。ダイオードストリング８０は、前のと
おり、光（信号）８２によってエネルギーを与えられる
。抵抗９９はダイオードストリング８０上に発生され、
かつまた、例えばＭＯＳ　Ｆ　ＥＴ６３のゲート上に蓄
積された電荷が光（信号）８２が除去された時に、消失
することを可能にしている。これはＭＯＳＦＥＴ６３が
その高インピーダンス状態にもどり、パワーＭＯＳＦＥ
Ｔ４０゜４２をターンオフすることを可能にする。第４
図の制御モジュール１０４の装置構成は第２図乃至第３
図の制御モジュール７４の装置構成よりも少ない部品点
数を必要とするという利点を有するが、その欠点は抵抗
９９を通して電流を供給し、トランジスタ（ＭＯＳＦＥ
Ｔ）６３のゲー・トを閾値以上に保ちそのオン抵抗（ｏ
ｎ−ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　）を低く維持するために、
ダイオードスタック８０からのより多くのドライブ（パ
ワー）（即ち、より大きなダイオードまたはより多くの
光）を必要とする点である。当業技術者は第４図の装置
構成は、図示されたように、エネルギー蓄積モジュール
（手段）９２または第２図のエネルギー蓄積モジュール
（手段）６０を利用できるということを理解できるであ
ろう。
第５図は更に別の本発明の実施例を示し、ここでは第２
図のエネルギー蓄積モジュール（手段）６０または第４
図のエネルギー蓄積モジュール（手段）９２は、整流（
器）ダイオード９４、電圧制御ダイオード１００及びバ
ッテリー９８を含むエネルギー蓄積モジュール手段１０
２により置換えられている。電圧制御ダイオード１００
は所定の最大電圧低下（ｍａｘｉｍｕｍ　ｖｏｌｔａｇ
ｅ　ｄｒｏｐ）を供給する。所望の電圧の大きさに依り
１つまたはそれ以上の電圧制御ダイオードが使用され、
その電圧は所望のライン動作電圧で変化するが、当業技
術者はここの説明に基づき充分にこの点を理解できるで
あろう。
エネルギー蓄積（モジュール）手段１０２の出力端子６
５，６７、及びＤＣ出力端子６９は前のように結合され
しかも第５図の回路は前に説明された様式で、エネルギ
ー蓄積モジュール手段１０２内における内部差（ｉｎｔ
ｅｒｎａｌ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）を考慮しながら
機能する。
第６図は特に簡単でさらに構成の容易な利点を特徴とす
る本発明の更に別の実施例の模式図を図示する。可変抵
抗手段６２及び制御モジュール手段７４または１０４は
組み合わされしかも光感応可変抵抗手段１１４により置
き換えられる。第６図の回路は、図示されるように、エ
ネルギー蓄積手段１０２、または、前記のエネルギー蓄
積手段６９または９２、またはそれらの同等品のいづれ
も利用できるということを、当業技術者は理解できるで
あろう。光感応可変抵抗手段１１４上に照射される光８
２は抵抗１０９の抵抗値を高い（暗い）値より低い（光
照射された）値に低下させる。
エネルギー蓄積手段１０２（または６ｏまたは９２）に
よりＤＣ出力端子（接続）６９において供給されるＤＣ
電圧は抵抗１０９及び５８によって形成される電圧分割
（圧）器を隔てて（ａｃｒｏｓｓ）分割する。光感応可
変抵抗１０９の暗及び光照射（ｌｉｇｈｔ）抵抗に比較
して抵抗５８の抵抗値を適当に選択することによって、
共通ゲート接続点５６におけるソース−ゲート電圧は光
感応抵抗１０９が光照射されている時には閾値よりも低
い値から著しく閾値よりも高い値まで（しがしブレーク
ダウン降伏電圧よりも小さく）スイング（ｓｗｉｎｇ　
）させられる。当業技術者はここに与えられる説明に基
づき、様々な抵抗値を選定する方法を理解できるであろ
う。共通ゲート接続点５６に現われる最大ソース−ゲー
ト電圧はエネルギー蓄積手段６０．９２、または１０２
によって供給される出力電圧によって制限されている。
これはパワーＭＯＳＦＥＴ４０のゲートブレークダウン
電圧より低く、エネルギー蓄積手段６ｏのツェナー（Ｚ
ｅｎｅｒ）７０あるいはバッテリー９８の電圧のいづれ
かによって制御されている。一般的には、バッテリー９
８はエネルギー蓄積手段と電圧リミッタとの両方として
作用する。もしもさらに電圧制限動作が第４図乃至第６
図の装置構成において望まれるならば、別の電圧制御器
（レギュレータ）がバッテリー９８をとおり隔てて配置
されていてもよい。
光感応可変抵抗１０９は好都合にも、パワーＭＯ３ＦＥ
Ｔ及び／または他のデバイスを形成するために使用され
る半導体基板中の半導体材料の領域の手段か、または、
半導体材料の層の手段／即ち例えば、基板表面上の誘電
体層上に堆積された多結晶シリコン半導体かのいづれか
によって供給される。多結晶シリコンは特に好都合な材
料である。なぜならば、その抵抗率はドーピングにより
広範囲に調整でき、高い光感応特性を有するものとして
既知であり、光感応可変抵抗としてのその製造は技術的
に既知であり、パワーＭＯＳＦＥＴ４０．４２、及びス
イッチ３０の他の部品の形成に使用される周知技術と同
じ技術によって完成できる。光感応可変抵抗１０９はま
た光感応ＦＥＴであってもよい。
第７図は、本発明のモノリシックＡＣスイッチ１１８の
極めて簡単化された形式の平面図であり第２図乃至第６
図において図示される回路、及び特に第６図の回路が如
何に実現できるかを図示している。理解のための一助と
して、また技術的な通例として、第７図のデバイスの様
々の重なり合う領域及び層は透明なものとして図示され
ているのでそれらの相対的位置は容易に決定できよう。
可能なところでは、第７図乃至第８図における様々な領
域は第６図において用いられたものと同じ参照番号で識
別されていることから第６図の回路図と第７図乃至第８
図の物理的実現したものとの間の対応関係が容易に理解
できよう。第８図は第７図のデバイスの簡略化された部
分的断面図及び正面図である。第８図の断面部分におい
て、半導体基板はクリア（空白）で図示され、多結晶半
導体、例えばポリシリコンで好都合に製造される領域は
点線で図示され、誘電体領域は広い間隔の斜線（ハツチ
）で図示され、また、金属または他の導体領域は狭い間
隔の斜線（ハツチ）である。
ＡＣスイッチ１１８は、パワーＭＯＳＦＥＴ４０．４２
を含む。ＭＯＳＦＥＴ４０．４２は半導体基板１１９内
において形成される通常の横形ＭＯＳＦＥＴとして図示
されているが、上面コンタクトを持つＤＭＯ３またはＴ
Ｍ０１型のデバイスもまた使用できることは当業技術者
には理解できるであろう。ＭＯＳＦＥＴ４０はドレイン
１２０、ソース１２１及びゲート５０を有する。入力接
続端子３４はドレイン１２０に結合されている。ＭＯＳ
ＦＥＴ４２はドレイン１２２、ソース１２３及びゲート
５２を有する。出力接続端子３８はドレイン１２２に結
合されている。絶縁分離領域１３０はドレイン１２０，
１２２を分離する。ソース１２１，１２３は、また抵抗
５８の末端５８Ａ及びバッテリー９８の端子１３２に取
り付けられた共通ソース接続点（導体接続）４４により
結合されている。
第７図乃至第８図に図示される実施例において、バッテ
リー９８はパワーＭＯＳＦＥＴ４０．４２ｑ上にあり、
しかも第７図においては濃いアウトラインにより図示さ
れている。下地の部品を見る都合上バッテリー９８は第
７図では透明として図示されている。バッテリー９８は
、固体電解質（ソリッド　エレクトロライト、　５ｏｌ
ｉｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ）９８Ｃによって分離
された正及び負の導体プレート、即ち層９８Ａ、９８Ｂ
のスタックを含むことが望ましい。当業技術者はここの
説明に基づき、直列に接続されたセルの数（即ち＋／一
層）の数は個々のセルの電圧及びパワーＭＯＳＦＥＴ（
デバイス）４０．４２の閾値電圧に依存して定まるもの
と理解できるであろう。バッテリー９８は技術的に既知
の手段で形成されしかもスイッチ１１８と積層化され一
体であるものが望ましい°。
バッテリー９８の形成の以前にパワーＭＯＳＦＥＴ（デ
バイス）４０．４２上に誘電体平面化層を形成すること
が望ましく、結局はバッテリー９８を収容するための実
質的に平滑な表面を与え、また、バッテリー９８を形成
するために使用される材料からそれの下地の部品を保護
するための不活性化（パッシベーション）層として作用
する。シリコン窒化物、シリコン酸化物、ドープトガラ
ス及びそれらの混合物、または例えばポリイミドのよう
な有機ポリマーが、適当な平滑面化及び不活性材料の例
である。この様な材料は技術的に周知の手段により形成
される。
ゲート５０．５２は絶縁分離領域１３０を隔てて例えば
接続領域５１において共通に接続され、また、抵抗５８
の端子５８Ｂ及び光感応可変抵抗１０９の端子１０９Ａ
に結合される。光感応可変抵抗１０９の端子１０９Ｂは
、バッテリー９８の端子１３４及び次に整流ダイオード
９４に接続されているツェナーダイオードｌＯＯの接続
点１３６に結合されている。多結晶シリコン中に形成−
されるＰ及びＮ領域の適当な配置構成は、第８図の断面
図において図示されている。整流ダイオード９４は接続
端子６５に結合され、ここでは例えばワイヤボンド１３
８は第８図を見れば明らかなように、ＡＣスイッチ１１
８の基準端子に対して外部接続とするために使用されて
いる。簡単にするために、ワイヤボンド１３８は第７図
から省略されている。
光感応デバイス（抵抗）１０９及び９４，１００から構
成される充電回路をそれぞれ取り囲む点線１４０，１４
２は、第７図乃至第８図の中の構造が例えば第２図乃至
第５図の中に示される実施例のような光感応デバイス及
び充電手段（抵抗手段６２を含む）からなる他の実施例
によって置換できるということを表示することが意図さ
れている。バッテリーも同様に第２図において図示され
るエネルギー蓄積手段によって置換することができる。
この様に発明が記載されたことから当業技術者には特に
コンパクトな改良された半導体ＡＣスイッチが提供され
たということが明白であろう。発明された装置構成の望
ましい結果としては、制御回路と電力回路との間の数ｋ
Ｖの電位差に耐える絶縁分離が達成され、しかもいかな
る共通接地または共通基準も制御回路と電力回路と・の
間に必要とされないということである。これら２つの回
路は光学的に分離されている。本発明の更に別の利点は
制御回路内に変圧器が必要でなく、別の外部バイアス発
生器の要求がないということである。
従って、本発明の回路、構造及び製造方法は、特に簡単
で、経済的で、しかもモノリシックな実施に適するもの
である。
当業技術者は、本発明の展望と精神の範囲より逸脱する
ことなく、様々なる修正・変更が本発明に対してなされ
つるということを理解できるであろう。例えば、何も制
限する意図ではないが、本発明の実施例ではＭＯＳＦＥ
ＴとＰ及びＮ領域の様々なる組合せを使用して説明され
ているが、当業技術者にはＰ及びＮは逆にもでき、他の
型のデバイスもまた使用できるということを容易に理解
できるであろう。さらに本発明の実施は半導体基板上で
行なわれるのが望ましいと記述されているが、デバイス
の形成に適する他の基板も使用可能である。
従って、本発明の特許請求の範囲にはこの様な変更を含
むことが意図されている。
以下に本発明の実施態様項を列記する。
１、　接続手段が、光入力信号によってその抵抗値が調
整される可変抵抗手段を含むことを特徴とする特許 イッチ。
２、　エネルギー蓄積手段が１つのキャパシタもしくは
ソリッドステートバッテリーを含むことを特徴とする前
記特許請求の範囲第１項記載の半導体ＡＣスイッチ　。
３、　ソリッドステートバッテリーはＭＯＳＦＥＴと同
一基板から形成されることを特徴とする前記実施態様項
２記載の半導体ＡＣスイッチ。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来技術による半導体ＡＣスイッチの模式的回
路図であり、 第２図乃至第６図は本発明の様々な実施例に従う半導体
ＡＣスイッチの回路図であり、第７図は第６図の回路図
をモノリシック集積化した集積回路の実施例の簡単化さ
れた平面図であり、及び 第８図は第７図のデバイスの簡単化された部分断面正面
図である。 １０・・・従来の半導体ＡＣスイッチ回路図、１２、１
４・・・Ｎ≠ヤネルＭＯＳＦＥＴ、ｌ６・・・第ｌのＡ
Ｃ電源、ｌ８・・・負荷、２０・・・第２のＡＣ電源、
２２・・・絶縁トランス、２４・・・（整流用ＤＣ）バ
イアス回路、２６、２８，６４．９４・・・整流ダイオ
ード、３０、１１８・・・（本発明の）半導体ＡＣスイ
ッチ（回路）、 ３２・・・ＡＣ電源、３４．３５・・・入力（接続）端
子、３　６−・・負荷（ｌｏａｄ）　、３　８　、　　
３　９−・・出力（接続）端子、４０、４２・・・パワ
ーＭＯＳＦＥＴ。 ４４、３６１・・・共通ソース接続（点）、４６、４８
・・・ダイオード、５０．５２・・・ゲート、５ｌ・・
・接続領域、 ５６、３８１・・・共通ゲート接続（点）、５８、７７
，７８，７９，９９，３４１・・・抵抗、５８Ａ，５８
Ｂ・・・抵抗５８の両端子、６０、９２，１０２・・・
（バイアス発生器用）エネルギー蓄積モジュール（手段
）、 ６２・・・（バイアス発生器用）可変抵抗手段、６３、
７５．７６・・・ＭＯＳＦＥＴ（トランジスタ）、６５
、６７・・・エネルギー蓄積モジュールの（出力）（接
続）端子（点）、 ６６、９６・・・直列電流制限抵抗、 ６８・・・電荷（エネルギー）蓄積キャパシタ、６９・
・・ＤＣ出力端子、７０・・・ツェナーダイオード、７
２・・・フィルタキャパシタ、 ７４、１０４・・・制御モジュール（手段）、８０・・
・太陽（光）電池ダイオードスタック（ダイオードスト
リング）、 ８２・・・光（信号）、８４・・・発光ダイオード（Ｌ
　Ｅ　Ｄ）、９８・・・バッテリー、 ９８Ａ・・・正の導電プレート或いは層、９８Ｂ・・・
負の導電プレート或いは層、９８Ｃ・・・ソリッド　エ
レクトロライト（固体電界《液）　）　（Ｓｏｌｉｄ　
Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ）、１００・・・電圧制御（
レギュレータ）ダイオード（ツェナーダイオード）、 １０９，１１４・・・（光感応）（可変）抵抗（手段）
、１０９Ａ、１０９Ｂ・・・１０９の抵抗の両端子、１
１９・・・半導体基板、 １２０．１２２・・・ドレイン（領域）、１２１．１２
３・・・ソース、１３０・・・絶縁分離領域、１３２．
１３４・・・（バッテリー９８）の端子、１３６・・・
ツェナーダイオード１００の接続点、１３８・・・ワイ
ヤボンド（結合）、 １４０．１４２・・・点線、３０１・・・キャパシタ、
３２１・・・ＪＦＥＴ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）ＡＣ電力を受容する第１及び第２の電力入力手段
    と、 ＡＣ電力を負荷へ結合する第１及び第２の電力出力手段
    と、 第１及び第２のＭＯＳＦＥＴであって、前記第１及び第
    ２のＭＯＳＦＥＴの第１の電力端子は互いに結合されか
    つ第１のＭＯＳＦＥＴの第２の電力端子は第１の電力入
    力手段に結合されかつ第２のＭＯＳＦＥＴの第２の電力
    端子は第１の電力出力手段に結合され、かつ互いに結合
    された第１及び第２のゲート電極を具備する第１及び第
    ２のＭＯＳＦＥＴと、 第２の電力入力手段に結合された第１の端子と第２の端
    子を具える整流手段と、 整流手段の第２の端子に結合された第１の端子とＭＯＳ
    ＦＥＴの第１の電力端子に結合された第２の端子とを具
    備するエネルギー蓄積手段と、エネルギー蓄積手段の第
    １の端子から互いに結合されたゲート電極へ延長し、エ
    ネルギー蓄積手段からＭＯＳＦＥＴゲート電極へ少なく
    とも１つのＭＯＳＦＥＴの閾値電圧を越える電圧を結合
    する接続手段とから構成された内部エネルギー蓄積手段
    を具え、トランスを具備しない半導体ＡＣスイッチ。
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