[发明专利]电气电路的开关装置

说明书

技术领域

本发明涉及电气电路的开关装置，更详细地讲是涉及包含绝缘栅场效应晶体管(以下称为IGFET或FET)和用于保护该绝缘栅场效应晶体管的保护开关单元的开关装置。

背景技术

典型的IGFET具有：漏极区、体区(body region)(基极区)、源极区、与漏极区连接的漏电极、与源极区及体区连接的源电极、对在漏极区以及源极区之间暴露的体区的表面进行覆盖的栅极绝缘膜、以及配置在栅极绝缘膜上的栅电极。漏电极与源极区欧姆接触，并且也与体区欧姆接触。因此，在漏电极在漏电极和基极之间除了经过体区的沟道的电流通路以外，还生成经过基于漏极区和体区之间的PN结的寄生二极管(体二极管或内置二极管)的电流通路。在IGFET是N沟道型时，漏电极的电位比源电极的电位高时，上述寄生二极管成为反向偏置状态，不形成经过此处的电流通路。但是，存在基于使用IGFET的电气电路的动作、或者电源(例如电池)和电气电路之间的误连接而导致漏电极的电位比源电极的电位低的情形。此时，寄生二极管成为正向偏置状态，电流流过该寄生二极管。当电流经由寄生二极管流过时，无法通过栅极-源极之间的控制电压来控制漏极-源极之间的电流。此外，当较大的电流经由寄生二极管在漏极-源极间流过时，有可能损坏IGFET或电气电路。

已知为了阻止经过IGFET的寄生二极管的电流，在IGFET上串联连接具有与寄生二极管的极性(方向)相反的极性(方向)的外部二极管(逆流阻止二极管)。但是，在外部二极管中流过与IGFET相同的电流，所以在外部二极管中发生较大的功耗。此外，当在IGFET上串联连接外部二极管时，当漏电极的电位比源电极的电位低时，即在IGFET上施加了反向电压时无法通过栅极电压来控制IGFET的电流。

在日本特开平7-15009号公报(专利文献1)中公开了一种为了解决由外部二极管产生的问题，使源电极与体区肖特基接触的平面结构的IGFET。此外，由本申请的申请人提出的WO2008/069145(专利文献2)中记载了在沟道结构的IGFET中使源电极与体区肖特基接触的技术。当如上述那样使源电极与体区肖特基接触时，由源电极和体区形成肖特基二极管，该肖特基二极管阻止反向电流。

内置了上述专利文献2的肖特基二极管的IGFET11具有如图3所示的结构，等价地具有图1中所示的FET开关Q1；第一以及第二PN结二极管D1、D2；以及肖特基势垒二极管D3。第一PN结二极管D1具有在漏电极D的电位比源电极S的电位高时反向偏置的极性，与FET开关Q1反并联连接。肖特基势垒二极管D3具有与第一PN结二极管D1相反的极性，与第一PN结二极管D1串联连接，与第二PN结二极管D2并联连接。

IGFET11的漏电极D经由第一连接导体16和负载30中的一方的电源连接导体19与直流电源31的正极端子31a连接，源电极S经由第二连接导体17和另一方的第二电源连接导体20与直流电源31的负极端子即接地侧端子31b连接。

IGFET11的栅电极G经由栅极电阻14与栅极控制电路32连接。此外，在栅电极G与源电极S之间连接有偏置电阻15。理论上表示的栅极控制电路32具有开关34以及电阻35。开关34由可控制的电子开关(例如晶体管)构成，其一端经由输出导体18以及栅极电阻14与IGFET11的栅电极G连接，其另一端与IGFET11的源电极S连接。开关34的控制端子与控制信号输入端子36连接，在接通IGFET11时关断，相反地在关断IGFET11时接通。在偏置电源端子37和开关34的一端之间连接电阻35。与偏置电源端子37连接的偏置电源电路33由直流偏置电源38和逆流阻止二极管39构成，将能够接通驱动IGFET11的偏置电压经由电阻35和栅极电阻14施加到IGFET11的栅电极G。

但是，如在图1中虚线所示，当将直流电源31的正极端子31a与另一方的电源连接导体20连接，在源电极S和漏电极D之间施加源电极S为正，漏电极D为负的反向电压时，电压经由偏置电阻15施加到栅电极G，栅电极G的电位变得比体区49的电位高，基于体区49和源极区50之间的PN结形成的耗尽层的接近栅电极G的部分(PN结合的暴露部分)的厚度变薄，第二PN结二极管D2的耐压变低。结果，第二PN结二极管D2实质上不工作，容易经过第二PN结二极管D2流过反向电流，不能通过设置肖特基势垒二极管D3来得到利益。另外，即使不设置偏置电阻15，在源电极S和栅电极G之间、漏电极D和栅电极G之间也存在寄生容量，所以栅电极G地电位变得比体区49的电位高，第二PN结二极管D2的耐压降低，第二PN结二极管D2实质上不工作。