專利名稱：高速整流器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率轉(zhuǎn)化，并且更具體地涉及將交流電轉(zhuǎn)化為直流電的整流器電路。
背景技術(shù)：
整流器電路將交流電(AC)轉(zhuǎn)化為直流電(DC)。例如，一些整流器電路包括二極管電路，該二極管電路配置成通過導(dǎo)通AC輸入信號的交變半周期而用作整流元件。這種整流器可能由于其中的總電容而在切換速度方面受限。這種整流器電路的效率可能受到用于使整流器電路變?yōu)閷?dǎo)通的閾值正向電壓(大約0.3V)的限制。對于高電流應(yīng)用，二極管的閾值正向電壓可能導(dǎo)致不可接受的熱生成。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一些實施例中，整流器電路可以包括耗盡模式半導(dǎo)體，其具有連接到整流器電路的整流信號輸出節(jié)點的輸出端；熱載流子半導(dǎo)體二極管，其具有連接到耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的陰極和連接到耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的陽極；以及交流(AC) 輸入節(jié)點，其連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極和耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點，并且配置成接收AC輸入信號。一些實施例設(shè)置成響應(yīng)于AC輸入信號的第一半周期，熱載流子半導(dǎo)體二極管被正向偏置，以使施加在耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的電壓微微不同，這使耗盡模式半導(dǎo)體被正向偏置。在一些實施例中，響應(yīng)于AC輸入信號的第二半周期，熱載流子半導(dǎo)體二極管被反向偏置，以使耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點相對于耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點浮置，這使耗盡模式半導(dǎo)體被反向偏置，從而導(dǎo)致耗盡模式半導(dǎo)體在AC輸入信號的至少第一半周期期間生成通過整流信號輸出節(jié)點的整流輸出信號。—些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管包括肖特基(Schottky) 二極管。一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管。在一些實施例中，耗盡模式半導(dǎo)體包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，該高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。一些實施例設(shè)置成耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)電路。在一些實施例中，熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管，耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且當AC輸入信號的第一半周期被施加到AC輸入節(jié)點時，AC輸入節(jié)點與整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。
本發(fā)明的一些實施例包括反向?qū)?陰放大器開關(guān)，該反向?qū)?陰放大器開關(guān)包括耗盡模式半導(dǎo)體，其具有連接到開關(guān)的漏極節(jié)點的漏極節(jié)點；熱載流子半導(dǎo)體二極管，其具有連接到耗盡模式半導(dǎo)體的源極輸入端的陰極、以及連接到耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點和開關(guān)的源極節(jié)點的陽極；以及反向晶體管，其響應(yīng)于在反向晶體管處接收的切換信號選擇性地提供耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點與耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點之間的導(dǎo)通連接。在一些實施例中，反向?qū)?陰放大器開關(guān)包括源極節(jié)點，該源極節(jié)點連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極、耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點以及反向晶體管的輸出端子。一些實施例設(shè)置成響應(yīng)于AC輸入信號的第一半周期，熱載流子半導(dǎo)體二極管被正向偏置，以使施加在耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的電壓微微不同，這使得耗盡模式半導(dǎo)體飽和。在一些實施例中，響應(yīng)于AC輸入信號的第二半周期和在反向晶體管處接收的切換信號，反向晶體管飽和從而使施加在耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的電壓微微不同，這使得耗盡模式半導(dǎo)體飽和并允許通過反向晶體管從開關(guān)的漏極節(jié)點到開關(guān)的源極節(jié)點的反向?qū)?br> ο一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管包括肖特基二極管。在一些實施例中， 熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管。一些實施例設(shè)置成耗盡模式半導(dǎo)體包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，該高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。在一些實施例中，耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)。一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管，耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且當AC輸入信號的第一半周期被施加到AC輸入節(jié)點時，AC輸入節(jié)點與整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。在一些實施例中，反向晶體管包括具有集電極端子、基極端子和發(fā)射極端子的雙極結(jié)晶體管。一些實施例設(shè)置成集電極端子連接到耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點，發(fā)射極端子連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極，并且基極端子配置成接收切換信號。本發(fā)明的一些實施例包括高電壓、低電容整流器電路。一些實施例的整流器電路包括連接到整流器電路的整流信號輸出節(jié)點的高速、高電壓、常開場效應(yīng)晶體管(FET)以及高速、低電壓二極管，該高速、低電壓二極管具有連接到FET的源極節(jié)點的陰極和既連接到FET的柵極節(jié)點又連結(jié)到交流(AC)輸入節(jié)點的陽極，其中該交流(AC)輸入節(jié)點可操作成接收AC輸入信號。在一些實施例中，響應(yīng)于AC輸入信號的第一半周期，二極管被正向偏置，以使施加在FET的源極節(jié)點的電壓和施加在FET的柵極節(jié)點的電壓微微不同，這使得FET飽和。一些實施例設(shè)置成響應(yīng)于AC輸入信號的第二半周期，二極管被反向偏置，以使FET的源極節(jié)點相對于FET的柵極節(jié)點浮置，這使FET被反向偏置從而使FET在AC輸入信號的至少第一半周期期間生成通過整流信號輸出節(jié)點的整流輸出信號。在一些實施例中，二極管包括肖特基二極管。一些實施例設(shè)置成二極管包括硅肖特基二極管。在一些實施例中，F(xiàn)ET包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，該高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。一些實施例設(shè)置成FET包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)。一些實施例設(shè)置成二極管包括硅肖特基二極管，F(xiàn)ET包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且當AC輸入信號的第一半周期被施加到AC輸入節(jié)點時，AC輸入節(jié)點與整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。


附圖示出了本發(fā)明的一個或多個特定實施例，包括附圖是為了提供對本發(fā)明的進一步理解，并且附圖被結(jié)合在本申請中并構(gòu)成本申請的一部分。圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器電路的示意圖，該整流器電路使用耗盡模式半導(dǎo)體和熱載流子半導(dǎo)體二極管作為整流元件。圖2是示出了圖1描繪的整流器的靜態(tài)正向特性曲線的曲線圖。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器的反向特性曲線的曲線圖。圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器的反向電壓電容特性曲線的曲線圖。圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的反向?qū)?陰放大器開關(guān)的示意圖。
具體實施例方式將在下文中參照示出了本發(fā)明實施例的附圖更全面地描述本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明可以多種不同的形式實施，而不應(yīng)解釋為局限于在此所闡釋的實施例。相反， 這些實施例的提供使得本公開透徹而完整，并將本發(fā)明的范圍完整地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。相同的附圖標記在通篇中表示相同的元件。將理解到，盡管此處可以使用術(shù)語“第一”、“第二”等來描述不同的元件，但這些元件不應(yīng)受限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用來將一個元件與另一個元件區(qū)分開。例如，第一元件也可稱為第二元件，并且類似地，第二元件也可稱為第一元件，而這并不偏離本發(fā)明的范圍。如此處所使用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項中的一個或多個的任意及所有組合。此處使用的術(shù)語僅用于描述特定實施例的目的，并不意在限制本發(fā)明。如此處所使用的，單數(shù)形式“一”和“該”也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上文明確地另有說明。還應(yīng)進一步理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”在此被使用時，指明所述特征、整體、步驟、操作、元件和 /或部件的存在，但是不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或添加。除非另有限定，否則在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)都具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所普遍理解的含義相同的含義。還應(yīng)當進一步理解到，此處使用的術(shù)語應(yīng)當解釋為具有與其在本說明書和相關(guān)領(lǐng)域的背景中的含義相一致的含義，并且不應(yīng)在理想化或過于形式的意義上來進行解釋，除非本文明確地進行了這樣的限定。將理解到，當元件被稱為“連接”或“耦合”到另一個元件時，其可以直接連接或耦合于該另一個元件，或者可以存在中間元件。相反，在元件被稱為“直接連接”或“直接耦合，，到另一個元件的情況下，便不存在中間元件。本發(fā)明的一些實施例可以參考半導(dǎo)體層和/或區(qū)域來描述，這些半導(dǎo)體層和/或區(qū)域特征在于具有諸如η-型或P-型的導(dǎo)電類型，所述η-型或P-型指的是層和/或區(qū)域中的多數(shù)載流子的濃度。因此，η-型材料具有帶負電荷的電子的多數(shù)平衡濃度，而ρ-型材料具有帶正電荷的空穴的多數(shù)平衡濃度。本發(fā)明的各種實施例可以源于當前的認識，即高電壓、高速整流器電路可以受益于低正向電壓降特性，相對于經(jīng)歷較高電壓降的電路這可以實現(xiàn)增高的溫度的運行?，F(xiàn)在參照圖1，圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器電路的示意圖，該整流器電路將耗盡模式半導(dǎo)體和熱載流子半導(dǎo)體二極管用作整流元件。整流器電路100可以包括整流器陽極120和整流器陰極110，可以允許電流在整流器陽極120與整流器陰極110之間在第一方向以低正向電壓降特性流動并防止電流在第二方向流動。通過這種方式，在例如整流器陽極120處施加的交流(AC)輸入信號可以被傳輸至整流器陰極110作為整流信號輸出。整流器電路100可以包括具有連接到陰極110的輸出端的耗盡模式半導(dǎo)體102，該輸出端可以描述為整流器電路的整流信號輸出節(jié)點。在一些實施例中，耗盡模式半導(dǎo)體102可以包括高電子遷移率晶體管(HEMT)器件。一些實施例設(shè)置成耗盡模式半導(dǎo)體102可以包括任何雙向?qū)罢蜃枞谋M模式器件，諸如，例如使用任何半導(dǎo)體的JFET、任何半導(dǎo)體中的GaN HEMT, SiC MESFET和/或 M0SFET，等等。一些實施例設(shè)置成HEMT可以包括作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。在一些實施例中，除了別的以外，耗盡模式半導(dǎo)體102還可以包括GaN、AWaAs和/或GaAs。一些實施例設(shè)置成耗盡模式半導(dǎo)體102可以包括源極節(jié)點112、柵極節(jié)點114和/或漏極節(jié)點 113。整流器電路100可以包括熱載流子半導(dǎo)體二極管104，熱載流子半導(dǎo)體二極管104 包括陰極108和陽極106。在一些實施例中，熱載流子二極管的特征可以在于低正向電壓降和非?？斓那袚Q動作，并且熱載流子二極管可以稱為多數(shù)載流子半導(dǎo)體。一些實施例設(shè)置成陰極108可以連接到耗盡模式半導(dǎo)體102的源極節(jié)點112，而陽極106可以連接到耗盡模式半導(dǎo)體102的柵極節(jié)點114。在一些實施例中，由耗盡模式半導(dǎo)體102的柵極節(jié)點114 與熱載流子半導(dǎo)體二極管104的陽極106之間的連接所限定的節(jié)點可以連接到整流器陽極 120。在一些實施例中，熱載流子半導(dǎo)體二極管104可以包括肖特基二極管。一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管104可以包括具有低正向壓降的任何低電壓、多數(shù)載流子高速二極管。例如，一些實施例包括任何半導(dǎo)體——如例如Si、SiC、GaN、GaAs等——中的肖特基、結(jié)勢壘肖特基(JBQ等。例如，一些示例性實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管 104包括硅肖特基二極管。在這點上，一些實施例設(shè)置成整流器電路100包括以相互組合的方式使用的GaN HEMT和硅肖特基二極管。通過這種方式，可以通過包括高電壓高速常開場效應(yīng)晶體管和低電壓高速二極管的組合來實現(xiàn)具有低正向壓降的高電壓高速整流器。在一些實施例中，如本文所描述的整流器電路100可以稱為柵-陰放大器整流器。在一些實施例中，如上論述的熱載流子半導(dǎo)體二極管104和耗盡模式半導(dǎo)體102 可以集成到單個器件中以形成芯片上器件。整流器電路100的一些實施例可以如下工作。首先，考慮電流從陽極流向陰極的正向偏置情況。在一些實施例中，這可以對應(yīng)于被施加到整流器陽極120的AC輸入信號的第一半周期。當陽極106上的電壓比陰極108上的電壓高時，熱載流子半導(dǎo)體二極管104被正向偏置并因此以小電壓降導(dǎo)通。熱載流子半導(dǎo)體二極管104的導(dǎo)通電壓(減去小電壓降)被施加到耗盡模式半導(dǎo)體102的源極節(jié)點112。當AC輸入信號也被施加到耗盡模式半導(dǎo)體102的柵極節(jié)點114時，實現(xiàn)了耗盡模式半導(dǎo)體102的柵極到源極結(jié)的微微正向偏置。源自于耗盡模式半導(dǎo)體的柵極到源極結(jié)的正向偏置，耗盡模式半導(dǎo)體102變?yōu)閺脑礃O節(jié)點112向漏極節(jié)點113導(dǎo)通。一些實施例設(shè)置成所產(chǎn)生的整流器陽極120到整流器陰極110的電壓降可以是熱載流子半導(dǎo)體二極管104電壓降與由于耗盡模式半導(dǎo)體102的源極節(jié)點112到漏極節(jié)點113的電阻導(dǎo)致的電壓降之和?，F(xiàn)在考慮電流從整流器陰極110流向整流器陽極120的反向偏置的情況。在一些實施例中，這可以對應(yīng)于被施加到整流器陽極120的AC輸入信號的第二半周期。在靜態(tài)狀態(tài)下，熱載流子半導(dǎo)體二極管104可以處于阻塞或非導(dǎo)通狀態(tài)。在這點上，耗盡模式半導(dǎo)體 102的源極節(jié)點112的電壓可以浮置。當柵極到源極的電壓降到閾值電壓以下時，由于耗盡模式半導(dǎo)體的柵極到源極結(jié)變?yōu)榉聪蚱?，耗盡模式半導(dǎo)體102可以處于阻塞和/或非導(dǎo)通模式。當耗盡模式半導(dǎo)體102處于非導(dǎo)通模式時，整流器電路100停止導(dǎo)通。在一些實施例中，熱載流子半導(dǎo)體二極管104兩端的反向電壓可以限制到耗盡模式半導(dǎo)體102的閾值電壓。因此，產(chǎn)生的整流器電路100可以具有高電壓耗盡模式半導(dǎo)體102的高電壓及低電容特性與低電壓高速熱載流子半導(dǎo)體二極管104的切換特性。一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管104僅需保持耗盡模式半導(dǎo)體的閾值電壓。通過這種方式，可以利用耗盡模式半導(dǎo)體102的高速特性來形成具有低正向壓降的二極管而無需求助于同步整流。一些實施例設(shè)置成耗盡模式半導(dǎo)體102可以包括場效應(yīng)晶體管(FET)。例如，根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，可以提供高電壓、低電容整流器電路，該電路包括連接到整流器電路的整流信號輸出節(jié)點的高速、高電壓常開FET 102，以及高速、低電壓二極管104，該二極管 104具有連接到FET 102的源極節(jié)點112的陰極108及連接到FET102的柵極節(jié)點114的陽極106。在一些實施例中，二極管104可以是肖特基二極管。一些實施例設(shè)置成二極管104 是硅肖特基二極管。在一些實施例中，F(xiàn)ET包括高電子遷移率晶體管(HEMT)電路，該HEMT 電路結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。一些實施例設(shè)置成HEMT是GaN HEMT。在使用和操作中，一些實施例設(shè)置成響應(yīng)于AC輸入信號的第一半周期，二極管 104被正向偏置，以使施加在FET 102的源極節(jié)點112的電壓和施加在FET 102的柵極節(jié)點114的電壓微微不同。在這點上，F(xiàn)ET 102可以變得飽和。另外，響應(yīng)于AC輸入信號的第二半周期，二極管104被反向偏置成使FET 102的源極節(jié)點112相對于FET102的柵極節(jié)點114浮置。因此，F(xiàn)ET 102可以被反向偏置并因此可以在非導(dǎo)通模式下工作。關(guān)于這一點，F(xiàn)ET 102可以在AC輸入信號的第一半周期期間生成通過整流信號輸出節(jié)點110的整流輸出信號，并且在AC輸入信號的第二半周期期間沒有輸出。現(xiàn)在簡要地參照圖2，圖2是示出了如圖1描繪的整流器電路100的整流器靜態(tài)正向特性曲線的曲線圖。如圖所示，一旦施加的電壓超過熱載流子半導(dǎo)體二極管104的電壓降，處于正向偏置(導(dǎo)通)模式的整流器電路100的靜態(tài)特性便提供基本線性的電壓-電流對應(yīng)關(guān)系。如所示意的，在如所測試的實施例中的熱載流子半導(dǎo)體二極管104的電壓降約為0. 4V。另外，電壓-電流曲線的斜率對應(yīng)于如所測試的耗盡模式半導(dǎo)體102的源極節(jié)點112與漏極節(jié)點113之間的電阻。CN 現(xiàn)在簡要地參照圖3，圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器電路100的反向特性曲線的曲線圖。處于反向偏置(非導(dǎo)通)模式的整流器電路100的靜態(tài)特性示出了在所施加的大約500V的反向電壓達到大約800 μ A的泄漏電流。一些實施例設(shè)置成該泄漏電流可以歸因于耗盡模式半導(dǎo)體102的漏極節(jié)點113與柵極節(jié)點114之間的泄漏電流。整流器電路100可以包括相對于反向偏壓基本非線性的電容特性。一些實施例設(shè)置成整流器電路100的總電容是熱載流子半導(dǎo)體二極管104與耗盡模式半導(dǎo)體102的漏極到源極電容的串聯(lián)組合。在這點上，總電容可以表達為
1
CTotal =--------11
^DepMode + CDIODE其中，⑶印IMode是耗盡模式半導(dǎo)體102的漏極到源極電容，而⑶iode是熱載流子半導(dǎo)體二極管104的電容。作為示例，簡要地參照圖4，圖4是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的整流器電路 100的反向電壓電容特性曲線的曲線圖。如圖所示，當整流器電路100兩端的反向電壓小于耗盡模式半導(dǎo)體102的閾值電壓時，耗盡模式半導(dǎo)體102是導(dǎo)通的，并且整流器電路100的總電容可以由熱載流子半導(dǎo)體二極管104的反向偏置電容來主導(dǎo)。當整流器電路100兩端的反向電壓超過耗盡模式半導(dǎo)體102的閾值電壓時，耗盡模式半導(dǎo)體102處于非導(dǎo)通模式， 并且整流器電路100的總電容是耗盡模式半導(dǎo)體102的輸出電容與熱載流子半導(dǎo)體二極管 104的反向電容的串聯(lián)組合。因此，如圖所示，當反向偏壓超過耗盡模式半導(dǎo)體閾值時，整流器電路100的電容顯著地下降，根據(jù)一些實施例，該閾值可以是大約2. 5V。通過提供低反向電壓電容，整流器電路100可以提供增加的切換速度。在一些實施例中，本文描述的整流器電路100可以補充有低電壓高速切換器件， 以提供反向?qū)ㄌ匦浴＠?，現(xiàn)在參照圖5，圖5是示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的反向?qū)?陰放大器開關(guān)的示意圖。反向?qū)ㄩ_關(guān)500包括耗盡模式半導(dǎo)體502，耗盡模式半導(dǎo)體502具有連接到反向?qū)ㄩ_關(guān)500的漏極節(jié)點530的漏極節(jié)點513。熱載流子半導(dǎo)體二極管504包括連接到耗盡模式半導(dǎo)體502的源極節(jié)點512的陰極508。一些實施例設(shè)置成熱載流子半導(dǎo)體二極管504還包括連接到耗盡模式半導(dǎo)體502的柵極節(jié)點514的陽極 506。反向?qū)ㄩ_關(guān)500可以包括源極節(jié)點534，源極節(jié)點534連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管504的陽極506及耗盡模式半導(dǎo)體502的柵極節(jié)點514。在一些實施例中，可以設(shè)置反向晶體管520，反向晶體管520可以包括集電極節(jié)點 522，集電極節(jié)點522連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管504的陰極508和耗盡模式半導(dǎo)體502 的源極節(jié)點512。反向晶體管520的發(fā)射極節(jié)點5M可以連接到反向?qū)ㄩ_關(guān)500的源極節(jié)點534、熱載流子半導(dǎo)體二極管504的陽極506以及耗盡模式半導(dǎo)體502的柵極節(jié)點514。在一些實施例中，反向晶體管520可以包括任何低電壓、高速、常閉開關(guān)。例如，除此之外還可以包括硅M0SFET、DM0S等，高速雙極結(jié)晶體管，諸如，例如硅-鍺(SiGe)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管、SiC雙極晶體管，和/或GaAs HBT (異質(zhì)結(jié)雙極晶體管)。在一些實施例中，反向晶體管520可以包括連接到反向?qū)ㄩ_關(guān)500的基極節(jié)點 532的基極節(jié)點523。通過這種方式，基極節(jié)點523可以接收使反向晶體管520從耗盡模式
10半導(dǎo)體502的源極節(jié)點512到柵極節(jié)點514導(dǎo)通的信號，這使耗盡模式半導(dǎo)體502變?yōu)閺脑礃O端子512到漏極端子513導(dǎo)通。通過這種方式，可以提供反向?qū)ㄩ_關(guān)500，其可以選擇性地從漏極節(jié)點530到源極節(jié)點534導(dǎo)通。在一些實施例中，例如反向晶體管520和匹配的熱載流子半導(dǎo)體二極管504可以集成在包含柵極驅(qū)動器電路的較大芯片中。一些實施例設(shè)置成開關(guān)500的耗盡模式半導(dǎo)體 502也可以集成到芯片中和/或可以是單獨的部件。盡管沒有在本文示出，但本文描述的整流器電路和/或反向?qū)ㄩ_關(guān)中的多個可以相互組合的方式使用，以提供全波整流器和/或能夠接收和/或整流多相AC輸入信號的整流器。在附圖和說明書中，已經(jīng)公開了本發(fā)明的典型實施例，并且盡管使用了具體的術(shù)語，但這些術(shù)語僅僅在一般及描述性意義上使用，并不用于限制的目的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求闡釋。
權(quán)利要求
1.一種整流器電路，包括耗盡模式半導(dǎo)體，其具有連接到所述整流器電路的整流信號輸出節(jié)點的輸出端； 熱載流子半導(dǎo)體二極管，其具有連接到所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的陰極以及連接到所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的陽極；以及交流(AC)輸入節(jié)點，其連接到所述熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極和所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點，并且被配置成接收AC輸入信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第一半周期，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管被正向偏置，以使施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的電壓微微不同，其使所述耗盡模式半導(dǎo)體正向偏置，并且其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第二半周期，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管被反向偏置，以使所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點相對于所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點浮置，其在所述耗盡模式半導(dǎo)體在所述AC輸入信號的至少第一半周期期間生成通過所述整流信號輸出節(jié)點的整流輸出信號時，反向偏置所述耗盡模式半導(dǎo)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括肖特基二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，所述高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整流器電路，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管， 其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且其中，當所述AC輸入信號的第一半周期被施加到所述AC輸入節(jié)點時，所述AC輸入節(jié)點與所述整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于所述GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。
8.一種反向?qū)?陰放大器開關(guān)，包括耗盡模式半導(dǎo)體，其具有連接到所述開關(guān)的漏極節(jié)點的漏極節(jié)點； 熱載流子半導(dǎo)體二極管，其具有連接到所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極輸入端的陰極、以及連接到所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點并連接到所述開關(guān)的源極節(jié)點的陽極；反向晶體管，其響應(yīng)于在所述反向晶體管處接收的切換信號選擇性地提供所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點與所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點之間的導(dǎo)通連接；以及所述開關(guān)的源極節(jié)點，所述源極節(jié)點連接到所述熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極、所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點及所述反向晶體管的輸出端子。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第一半周期，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管被正向偏置，以使施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵CN 極節(jié)點的電壓微微不同，其使得所述耗盡模式半導(dǎo)體飽和，并且其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第二半周期和在所述反向晶體管處接收的切換信號， 所述反向晶體管飽和使施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的電壓和施加在所述耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的電壓微微不同，其使得所述耗盡模式半導(dǎo)體飽和并允許通過所述反向晶體管從所述開關(guān)的漏極節(jié)點到所述開關(guān)的源極節(jié)點的反向?qū)ā?br> 10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括肖特基二極管。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括高電子遷移率晶體管 (HEMT)，所述高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述熱載流子半導(dǎo)體二極管包括硅肖特基二極管， 其中，所述耗盡模式半導(dǎo)體包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且其中，當所述AC輸入信號的第一半周期被施加到所述AC輸入節(jié)點時，所述AC輸入節(jié)點與所述整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于所述GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的開關(guān)，其中，所述反向晶體管包括包含集電極端子、基極端子和發(fā)射極端子的雙極結(jié)晶體管，其中，所述集電極端子連接到所述耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點， 其中，所述發(fā)射極端子連接到所述熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極，并且其中，所述基極端子配置成接收所述切換信號。
16.一種高電壓、低電容整流器電路，所述整流器電路包括高速、高電壓、常開場效應(yīng)晶體管(FET)，其連接到所述整流器電路的整流信號輸出節(jié)點；以及高速、低電壓二極管，其具有連接到所述FET的源極節(jié)點的陰極、以及既連接到所述 FET的柵極節(jié)點又連接到交流(AC)輸入節(jié)點的陽極，所述交流輸入節(jié)點可操作成接收AC輸入信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路，其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第一半周期，所述二極管被正向偏置，以使施加在所述FET的源極節(jié)點的電壓和施加在所述FET的柵極節(jié)點的電壓微微不同，其使得所述 Τ 飽和，并且其中，響應(yīng)于所述AC輸入信號的第二半周期，所述二極管被反向偏置，以使所述FET的源極節(jié)點相對于所述FET的柵極節(jié)點浮置，其使所述FET被反向偏置從而使所述FET在所述AC輸入信號的至少第一半周期期間生成通過所述整流信號輸出節(jié)點的整流輸出信號。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路，其中，所述二極管包括肖特基二極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路，其中，所述FET包括高電子遷移率晶體管(HEMT)，所述高電子遷移率晶體管結(jié)合有作為導(dǎo)通通道的至少一個異質(zhì)結(jié)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路，其中，所述二極管包括硅肖特基二極管。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路，其中，所述FET包括GaN高電子遷移率晶體管 (HEMT)。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的整流器電路， 其中，所述二極管包括硅肖特基二極管，其中，所述FET包括GaN高電子遷移率晶體管(HEMT)，并且其中，當所述AC輸入信號的第一半周期被施加到所述AC輸入節(jié)點時，所述AC輸入節(jié)點與所述整流信號輸出節(jié)點之間的電壓降包括肖特基二極管正向偏置壓降與由于所述GaN HEMT的源極到漏極的電阻導(dǎo)致的電壓降之和。
全文摘要
提供了一種整流器電路，該整流器電路包括耗盡模式半導(dǎo)體，其具有連接到整流器電路的整流信號輸出節(jié)點的輸出端；以及熱載流子半導(dǎo)體二極管，其具有連接到耗盡模式半導(dǎo)體的源極節(jié)點的陰極和連接到耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點的陽極。該整流器可以包括交流(AC)輸入節(jié)點，該AC輸入節(jié)點連接到熱載流子半導(dǎo)體二極管的陽極和耗盡模式半導(dǎo)體的柵極節(jié)點，并且被配置成接收AC輸入信號。
文檔編號H03K17/30GK102549926SQ201080042908
公開日2012年7月4日 申請日期2010年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月21日
發(fā)明者F·赫斯納, R·卡拉南 申請人:克里公司