本申请公开了一种晶体管控制电路和电源装置，该晶体管控制电路包括：电极控制电路，被配置成向包括栅极和漏极之间的控制电极的晶体管中的该控制电极施加正电势。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本申请公开了一种晶体管控制电路和电源装置，该晶体管控制电路包括：电极控制电路，被配置成向包括栅极和漏极之间的控制电极的晶体管中的该控制电极施加正电势。【专利说明】晶体管控制电路和电源装置
本文讨论的实施方式涉及高电子迁移率晶体管控制电路，以及电源装置。
技术介绍
最近，有了电子器件(化合物半导体器件)的积极发展，其中，氮化镓(GaN)层和AlGaN层被依次形成在由材料比如蓝宝石、SiC、GaN或Si制成的衬底上，并且GaN层被用作电子渡越层。GaN的带隙为3.4eV，与Si的1.1eV和GaAs的1.4eV相比是大的。为此，这样的半导体化合物器件预期可高电压工作。—种这样的化合物半导体器件是GaN基高电子迁移率晶体管(HEMT)。在下文中，这样的GaN基高电子迁移率晶体管将被称为GaN-HEMT。HEMT是场效应晶体管，其包含由半导体异质结引起的高迁移率二维电子气(2DEG)作为沟道。在用于电源的逆变器中使用GaN-HEMT作为开关能够同时实现导通电阻的减小和耐受电压的提高。此外，与硅基晶体管相比，可以降低待机(standby)期间的功耗，并且还可以提高工作频率。为此，可以降低开关损耗，使得可以降低逆变器的功耗。此外，与硅基晶体管相比，对于性能相同的晶体管，可以小型化。如果GaN-HEMT以高频率和高电压工作，则会发生其中漏极电流减小的电流崩塌现象。电流崩塌现象的一个可能的原因是自由电子被捕获在栅极电极的漏极电极侧附近的电子陷阱能级中。如果电子被捕获在表面陷阱能级中，则在2DEG层中形成耗尽层，从而增加源极和漏极之间的导通电阻，这可以导致GaN-HEMT的输出下降。作为对抗电流崩塌现象的对策，存在如下技术，其在栅极和漏极之间提供与源极电极具有相同电势的场板电极，以便减弱栅极电极附近的电场增幅。然而，当试图以更高频率和更高电压使GaN-HEMT工作时，会有仅提供场板不足以减小源极和漏极之间的导通电阻的问题。以下是参考文件:日本专利特许公布第2006-114795号。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，晶体管控制电路包括:电极控制电路，被配置成向包括栅极和漏极之间的控制电极的晶体管中的该控制电极施加正电势。本专利技术的目的和优点将通过权利要求中具体指出的要素和组合来实现和达到。应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的和说明性的，而不是如权利要求那样是对本专利技术的限制。【专利附图】【附图说明】图1是示出了包括场板的GaN-HEMT的结构的图；图2是包括场板的GaN-HEMT的等效电路图；图3是示出了施加到场板的电压和动态导通电阻之间的关系的图；图4是根据一种实施方式的GaN-HEMT控制电路的电路图；图5A和5B是用于说明根据一种实施方式的GaN-HEMT控制电路的操作的图；以及图6是应用了根据一种实施方式的控制电路的电源装置的图。【具体实施方式】如果GaN-HEMT以高频率和高电压工作，则会发生其中漏极电流减小的电流崩塌现象。电流崩塌现象的一个可能的原因是自由电子被捕获在栅极电极的漏极电极侧附近的电子陷阱能级中。如果电子被捕获在表面陷阱能级中，则在2DEG层中形成耗尽层，从而增加源极和漏极之间的电阻，这可以导致GaN-HEMT的输出下降。作为对抗电流崩塌现象的对策，存在一种GaN-HEMT,其包括由栅极和漏极之间的金属板(下文中称为场板)制成的控制电极，以便减弱栅极电极附近的电场增幅。图1是示出了包括场板40的GaN_HEMT30的结构的横截面图。AlN层91、非掺杂1-GaN层92、n型n_AlGaN层94被依次形成在SiC衬底90的顶部上。此外，源极电极81、漏极电极82和栅极电极83形成在n-AlGaN层94的顶部上。在GaN_HEMT30中，结合在n-AlGaN层94和1-GaN层92之间界面处形成的二维电子气(2DEG) 93作为载体。注意，AIN层91用作缓冲层。此外，由绝缘材料比如聚酰亚胺制成的层间绝缘膜95形成在n型n_AlGaN层94、源极电极81、漏极电极82和栅极电极83的顶部上。在层间绝缘膜95内部形成有在水平方向上延伸的栅场板46，其电连接到栅极电极83。源极电极焊盘42形成在源极电极81位置处的层间绝缘膜95的顶部上，并且经由形成在层间绝缘膜95内的接触栓85电连接到源极电极81。此外，漏极电极焊盘44形成在漏极电极82位置处的层间绝缘膜95的顶部上，并且经由形成在层间绝缘膜95内的接触栓86电连接到漏极电极82。此外，由金属板制成的场板40形成在栅场板46和漏极电极焊盘44之间的层间绝缘膜95的顶部上。如果将场板40看作在负方向上具有比栅极电极83更负的阈值的第二栅极，则可以将具有场板的GaN-HEMT30看作是两个器件。图2示出了具有场板的GaN_HEMT30的等效电路图。第一器件34将GaN_HEMT30的源极电极81作为源极，将GaN-HEMT30的栅极电极83作为栅极，以及将GaN_HEMT30的漏极端部下的二维电子气93的一端作为漏极。第二器件36将GaN_HEMT30的漏极端部下的二维电子气93的另一端作为源极，将GaN-HEMT30的场板40作为栅极，以及将GaN_HEMT30的漏极电极82作为漏极。接下来，将描述具有场板的GaN_HEMT30关断时的操作。第一器件34的栅极的阈值取为例如-5V，而第二器件36的栅极的阈值取为例如-10V。如果第一器件34的栅极电压设定为-5V或更低，并且第一器件34关断，则第一器件34的栅极电阻将增加，从而，第一器件34的漏极电压与相对于仍然导通的第二器件36的电阻值平衡地上升。随着第一器件34的漏极电压上升，第二器件36的源极电压也上升，并且在第二器件36的源极电压达到IOV的点处，第二器件36将关断。通常，场板40被设定为与源极电极81具有相同的电势，以使得电场不过度地施加在栅极电极83的漏极电极82 —侧附近，从而减弱电场增幅，但不阻碍自由电子运动。本专利技术人在GaN_HEMT30处于导通状态的同时向场板40施加正电压的情况下，测量了动态导通电阻的改变。图3示出了针对未向GaN_HEMT30的场板40施加电压的状态、施加6V的状态、施加IOV的状态、以及施加20V的状态的动态导通电阻值。图3表明导通电阻值随着施加到场板40的电压上升而下降。本专利技术人推断向GaN_HEMT30的场板40施加正电压时导通电阻值的下降由以下原因引起。如前所述，场板40减弱栅极电极83附近的电场增幅，并且具有使自由电子不太可能被捕获在栅极电极83的漏极电极82 —侧附近的电子陷阱能级中的效果。然而，如果GaN-HEMT30以更高频率和更高电压工作，则将场板40保持在与源极电极81相同的电势处会导致自由电子被捕获在栅极电极83的漏极电极82 —侧附近的电子陷阱能级中，这降低了二维电子气93的浓度，从而增加了源极和漏极之间的电阻。因此，向场板40施加正电压被认为具有使由于电子被捕获而已经下降的二维电子气93增加的效果，从而提高二维电子气93的流量。此外，向场板40施加正电压被认为具有将集中在栅极电极83附近的二维电子气93引向漏极电极82的效果，从而恢复二维电子气93的原始浓度，并且提高二维电子气93的流量。因本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种晶体管控制电路，包括：电极控制电路，被配置成向包括栅极和漏极之间的控制电极的晶体管中的所述控制电极施加正电势。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：今田忠纮，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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