[发明专利]具有双向开关和放电电路的半导体器件

说明书

具有双向开关和放电电路的半导体器件。一种半导体器件包括主双向开关，其形成在半导体衬底上并具有第一和第二栅极，电连接到第一电压端的第一源极，电连接到第二电压端的第二源极，以及公共漏极。该半导体器件还包括放电电路，其具有与主双向开关单片集成的并以公共源极配置连接到半导体衬底的辅助双向开关或多个单独的晶体管。多个单独的晶体管或辅助双向开关包括连接到主双向开关的第一源极的第一漏极，连接到主双向开关的第二源极的第二漏极，第一和第二栅极，其中每个与栅极驱动电路解耦合,使得至少无源地并且基于主双向开关的状态控制第一和第二栅极。

背景技术

在单片器件中具有公共漏极的两个单独的栅极是用于实现双向开关的流行配置。单片器件通常在公共衬底中实现，其中两个开关中的每一个都具有其自己的栅极驱动器。公共漏极配置在单片器件的任一端处具有源极，意味着到衬底的源极连接不是用于双向开关的选项。如果衬底保持浮置并且两个源极中的一个被偏置在高电压处，则该源极连同相邻栅极充当延伸的漏极并因此跟随高电位。在导通状态期间，为了稳定的双向器件操作，衬底必须尽可能地保持接近地电位。常规地，集成两个背对背二极管，其中它们的阳极连接到衬底并且每个阴极连接到源极的任一端。然而，这种背对背二极管实现在双向开关的导通状态期间不将衬底电压保持到期望的（接近0V）电压，并且因此使器件性能降级。代之以，衬底经历大的负电位，因为在双向开关的断开状态期间存储在衬底中的负电荷被限制在背对背二极管的中点中的衬底。该限制是由在双向开关的断开状态期间最初被正向偏置但是当双向器件从断开状态切换到导通状态时改变为阻塞模式的背对背二极管中的任一二极管引起的。由此，存在对于用于在双向开关的断开到导通切换期间为衬底提供放电路径的更有效的单片解决方案的需要。

发明内容

根据半导体器件的一个实施例，半导体器件包括主双向开关和放电电路。主双向开关形成在半导体衬底上并包括第一和第二栅极，电连接到第一电压端的第一源极，电连接到第二电压端的第二源极，以及公共漏极。放电电路包括与主双向开关单片集成的并以公共源极配置连接到半导体衬底的辅助双向开关或多个单独的晶体管。多个单独的晶体管或辅助双向开关包括连接到主双向开关的第一源极的第一电极，连接到主双向开关的第二源极的第二电极，以及第一和第二栅极，其中每个栅极与栅极驱动电路解耦合，使得至少无源地（passively）并且基于主双向开关的状态控制第一和第二栅极。

本领域的技术人员在阅读下面的详细描述时并且在查看附图时将认识到附加特征和优势。

附图说明

附图的元素不一定相对于彼此按比例。相同的附图标记表示相应的类似部分。可以组合各种示出的实施例的特征，除非它们彼此排斥。在附图中描绘并且在以下描述中详述实施例。

图1和2示出半导体器件的实施例的相应电路示意图，该半导体器件包括主双向开关和放电电路，用于在双向开关的断开到导通切换期间提供衬底放电路径。

图3示出用于图1和2中所示的放电电路栅极配置的主双向开关的半导体衬底的动态行为。

图4示出半导体器件的一个实施例的电路示意图，该半导体器件包括主双向开关和放电电路，用于在双向开关的断开到导通切换期间提供衬底放电路径。

图5示出用于图4中所示的放电电路栅极配置的主双向开关的半导体衬底的动态行为。

图6和7示出半导体器件的实施例的相应电路示意图，该半导体器件包括主双向开关和放电电路，用于在双向开关的断开到导通切换期间提供衬底放电路径。

图8示出用于图6和7中所示的放电电路栅极配置的主双向开关的半导体衬底的动态行为。

图9，10A-10B，11A-11B，12，13A-13B，14A-14B，15，16，17A-17B，18，19和20示出在以III族氮化物技术实现的化合物半导体器件的不同实施例的相应横截面图，并且化合物半导体器件包括主双向开关和放电电路，用于在双向开关的断开到导通切换期间提供衬底放电路径。