[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201380044765.9
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN104604134B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 高須久志;小林敦
• 申請（專利權）人: 株式會社電裝
• 主分類號: H03K17/0814
• 分類號: H03K17/0814;H03K17/082;H03K17/16
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 徐殿軍

本公開基于2012年8月30日提出的日本專利申請2012－190065號及2012年11月27日提出的日本專利申請2012－258499號主張優先權，這里引用其記載內容。

技術領域

本公開涉及提高了過電壓耐量的半導體裝置。

背景技術

不僅是線圈等電感元件，即使是電阻負載，因配線電感等的存在而具有感應性的情況也較多。在晶體管對這樣的具有感應性的負載進行驅動的情況下，在關斷(turn off)時產生逆電動勢。在負載驅動電路、開關電源電路、倒相器(inverter)電路等中，為了防止逆電動勢的發生，與晶體管或負載并聯地設有續流用的二極管。但是，即使是該情況也發生伴隨著開關的浪涌電壓，所以需要保護晶體管不受浪涌電壓影響的手段。

在專利文獻1中，公開了一種在MOSFET的柵極漏極間連接齊納二極管群、如果在漏極上被施加浪涌電壓則齊納二極管群擊穿的保護電路。為了抑制因擊穿帶來的柵極電壓的上升，在MOSFET的柵極源極間也連接著齊納二極管群。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000－77537號公報

如果如上述的保護電路那樣在柵極漏極間及柵極源極間連接齊納二極管，則柵極被附加寄生電容而開關速度下降。具有AlGaN/GaN結的半導體器件(以下稱作GaN－HEMT)與以往的Si器件相比導通電阻顯著降低，電流切斷特性良好，所以被期待作為下一代功率器件應用于上述各種電路。

但是，直流傳遞電導gm高的GaN－HEMT由于器件自身具有的柵電容較小(例如以往元件的1/4左右)，所以與以往的半導體元件相比更容易受到寄生電容的影響。GaN－HEMT由于柵極閾值低(例如2V左右)、柵極耐壓也低(例如5V左右)，所以也難以采取提高柵極電壓來改善開關速度那樣的手段。

此外，以往的Si器件、例如MOS晶體管由于具有雪崩耐量，所以即使在漏極源極間施加超過耐壓的電壓，在達到某個一定的能量之前也不會發生故障。相對于此，GaN－HEMT由于沒有雪崩耐量，所以即使超過耐壓很小也不行。

發明內容

本公開是鑒于上述情況而做出的，其目的是提供一種能夠將柵極的寄生電容抑制得較低而在保持著高速開關性能的狀態下提高對于浪涌電壓的耐量的半導體裝置。

用于解決課題的手段

有關本公開的第1技術方案的半導體裝置，具備對于根據在柵極端子與第1端子之間施加的柵極電壓使第2端子與第1端子之間的導通狀態變化的開關元件附加了電壓檢測電路、開關電路及控制電路的結構。這里，第1端子相當于源極或發射極，第2端子相當于漏極或集電極，開關元件是GaN－HEMT、MOSFET、IGBT等。

電壓檢測電路輸出與施加在開關元件的第2端子與第1端子之間的電壓對應的檢測電壓。開關電路串聯設置于與開關元件的柵極端子相連的柵極驅動線，根據控制信號切換為高阻抗狀態或低阻抗狀態。當檢測電壓成為閾值電壓以下，則控制電路輸出將開關電路切換為低阻抗狀態的控制信號。由此，驅動信號經由開關電路被提供給柵極端子，開關元件按照驅動信號進行ON/OFF動作。

另一方面，當通過浪涌電壓的發生等而檢測電壓超過閾值電壓，則控制電路輸出將開關電路切換為高阻抗狀態的控制信號。由此，開關元件的柵極端子被切斷而成為高阻抗狀態，這以后的柵極電壓基于施加在第2端子與第1端子之間的電壓和柵電容(例如柵極漏極間電容和柵極源極間電容)決定。當通過關斷等而第2端子與第1端子之間的電壓急劇上升，則柵極電壓也上升，開關元件自接通。浪涌電壓的能量通過自接通的開關元件排散，開關元件的第2端子與第1端子之間的電壓被限制為元件耐壓以下。

閾值電壓被設定為，比當在開關元件的第2端子與第1端子之間施加了應進行開關元件的電壓保護動作的范圍的電壓時電壓檢測電路輸出的檢測電壓低。應進行電壓保護動作的范圍的電壓包括至少超過開關元件的耐壓的電壓。進而，閾值電壓被設定為，比當在開關元件的第2端子與第1端子之間施加了應不需要開關元件的電壓保護動作的范圍的電壓時電壓檢測電路輸出的檢測電壓高。應不需要電壓保護動作的范圍的電壓是比開關元件的耐壓低的電壓，并且是完全不需要將開關元件保護的電壓。

根據第1技術方案，由于沒有向開關元件的柵極的寄生電容的追加(或較小)，所以能夠以保持高速開關性能的狀態提高對于加在第2端子與第1端子之間的浪涌電壓的耐量。