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公開番号2025155821
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2025004066
出願日2025-01-10
発明の名称半導体装置およびこれを含む電力半導体システム
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.
代理人弁理士法人共生国際特許事務所
主分類H02M 1/00 20070101AFI20251002BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】信頼性が向上した高電子移動度トランジスタを含む半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明による半導体装置は、高電子移動度トランジスタ、高電子移動度トランジスタのゲート電圧と高電子移動度トランジスタのドレイン電圧に基づいて、短絡保護電圧を出力する短絡検出回路、および短絡保護電圧に基づいて、高電子移動度トランジスタのゲート電圧を減少させる保護回路を含む。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
高電子移動度トランジスタ（Ｈ１）と、
前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧（ＶＧ）と前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧に基づいて、短絡保護電圧を出力する短絡検出回路（１１０）と、
前記短絡保護電圧に基づいて、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧を減少させる保護回路（１２０）と、を含むことを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
前記保護回路は、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極と第１電源電圧（ＶＳＳ）との間に連結されており、前記短絡保護電圧の入力を受けるゲート電極を含む第１トランジスタ（Ｔ１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記短絡検出回路は、
前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧の入力を受ける第１入力端、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧の入力を受ける第２入力端、および前記短絡保護電圧を出力する出力端を含むＡＮＤゲート回路を含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ＡＮＤゲート回路は、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧および前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧が基準電圧よりも高いレベルを有する時、第１レベルの短絡保護電圧を出力し、
前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧と前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧のうちの少なくとも１つが前記基準電圧よりも低いレベルを有する時、前記第１レベルよりも小さい第２レベルの短絡保護電圧を出力し、
前記第１レベルは、前記第１トランジスタの閾値電圧よりも大きいかまたは同一であり、前記第２レベルは、前記第１トランジスタの閾値電圧よりも小さく、
前記第２レベルは、前記第１レベルよりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記ＡＮＤゲート回路は、
前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極と前記第１トランジスタのゲート電極に連結されている第１ノードとの間に連結されており、ゲート電極が前記高電子移動度トランジスタのゲート電極に連結されている第２トランジスタと、
前記第１電源電圧と前記第１ノードとの間に連結されている第１抵抗（Ｒ１）と、を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極と前記第２入力端との間に連結されている第１電圧調整器（２０１）をさらに含み、
前記第１電圧調整器は、
前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極と前記第２トランジスタとの間に連結されており、ゲート電極が第２電源電圧（ＶＤＤ）に連結されている第３トランジスタ（Ｔ３）と、
前記第３トランジスタと前記第１電源電圧（ＶＳＳ）との間に連結されている第２抵抗（Ｒ２）と、を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記高電子移動度トランジスタのゲート電極と前記ＡＮＤゲート回路の第１入力端との間に連結されている第２電圧調整器（２０３）をさらに含み、
前記第２電圧調整器は、
前記高電子移動度トランジスタのゲート電極と前記第２トランジスタのゲート電極との間に連結されている第４トランジスタと、
前記第４トランジスタと前記第１電源電圧との間に連結されている第３抵抗と、を含み、
前記第４トランジスタは、ソース電極とゲート電極が互いに連結されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ＡＮＤゲート回路の出力端と前記第１トランジスタのゲート電極との間に連結されている第３電圧調整器（２０５）をさらに含み、
前記第３電圧調整器は、互いに直列に連結されている偶数個のインバータ回路を含むことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第１ノードと前記第１トランジスタのゲート電極との間に連結されている第３電圧調整器（２０５）をさらに含み、
前記第３電圧調整器（２０５）は、
第２ノードと前記第１電源電圧（ＶＳＳ）との間に連結されており、ゲート電極が前記第１ノードと連結されている第５トランジスタ（Ｔ５）と、
前記第２ノードと第２電源電圧（ＶＤＤ）との間に連結されている第４抵抗（Ｒ４）と、
第３ノードと前記第１電源電圧（ＶＳＳ）との間に連結されており、ゲート電極が前記第２ノードと連結されている第６トランジスタ（Ｔ６）と、
前記第３ノードと前記第２電源電圧（ＶＤＤ）との間に連結されている第５抵抗（Ｒ５）と、を含み、
前記第１トランジスタのゲート電極は、前記第３ノードと連結されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第３電圧調整器は、
第４ノードと前記第１ノードとの間に連結されている第７トランジスタと、
前記第４ノードと前記第１電源電圧（ＶＳＳ）との間に連結されている第６抵抗（Ｒ６）と、をさらに含み、
前記第５トランジスタのゲート電極は前記第４ノードと連結され、
前記第７トランジスタのゲート電極は、前記第７トランジスタのソース電極と連結されていることを特徴とする請求項９に記載の半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびこれを含む電力半導体システムに関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
現代社会で、半導体装置は日常生活と密接な関連を有している。特に、電気自動車、鉄道、電気トラムなどの交通分野、太陽光発電、風力発電などの再生エネルギーシステム、モバイル機器などの様々な分野で使用される電力半導体素子の重要度は徐々に高まっている。電力半導体素子は、高電圧や高電流を扱うために使用される半導体素子であり、大型電力システムや高出力電子装置で電力変換および制御などの機能を行う。電力半導体素子は、高い電力を処理できる能力と耐久性を有し、大量の電流を扱うことができ、高電圧に耐えることができる。例えば、電力半導体素子は、数百ボルトから数千ボルトの電圧、数十アンペアから数千アンペアの電流を処理することができる。電力半導体素子は、電力損失を最少化し、電気エネルギーの効率性を向上させることができる。また、電力半導体素子は、高温などの環境でも安定的に駆動することができる。
【０００３】
このような電力半導体素子は素材によって区分することができ、例えば、ＳｉＣ電力半導体素子、ＧａＮ電力半導体素子がある。既存のシリコンウエハー（Ｓｉｗａｆｅｒ）に代わってＳｉＣまたはＧａＮを活用して電力半導体素子を製造することで、高温で不安定な特性を有するシリコンの短所を補うことができる。ＳｉＣ電力半導体素子は、高温に強く、電力損失が少なく、電気自動車、再生エネルギーシステムなどに適している。ＧａＮ電力半導体素子は、高コストが要求されるが、速度面で効率的であり、モバイル機器の高速充電などに適している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、信頼性が向上した高電子移動度トランジスタを含む半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体装置は、高電子移動度トランジスタと、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧と前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧に基づいて、短絡保護電圧を出力する短絡検出回路と、前記短絡保護電圧に基づいて、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧を減少させる保護回路と、を含むことを特徴とする。
【０００６】
上記目的を達成するためになされた本発明の他の態様による半導体装置は、高電子移動度トランジスタと、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極と第２電源電圧との間に連結され、ゲート電極が第１ノードと連結されている第１トランジスタと、前記高電子移動度トランジスタのドレイン電極と前記第１ノードとの間に連結され、ゲート電極が前記高電子移動度トランジスタのゲート電極と連結されている第２トランジスタと、前記第１ノードと前記第２電源電圧との間に連結されている第１抵抗と、を含むことを特徴とする。
【０００７】
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による電力半導体システムは、高電子移動度トランジスタと、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極にゲート電圧（ＶＧ）を出力するゲートドライバと、前記高電子移動度トランジスタのゲート電極に連結されている短絡保護装置と、を含み、前記短絡保護装置は、前記ゲート電圧と前記高電子移動度トランジスタのドレイン電圧に基づいて、短絡保護電圧を出力する短絡検出回路と、前記短絡保護電圧に基づいて、前記高電子移動度トランジスタのゲート電圧を減少させる保護回路と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、半導体装置内の特定回路で短絡が発生しても、短絡電流による高電子移動度トランジスタの破壊を防止することができ、これにより、信頼性が向上した高電子移動度トランジスタを含む半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
実施例による電力半導体システムを概略的に示すブロック図である。
ゲートドライバと半導体装置を具体的に説明するためのブロック図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置の構成および動作を説明するためのブロック図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置の構成および動作を具体的に説明するためのブロック図である。
正常状態と短絡状態で、高電子移動度トランジスタ（Ｈ１）の電流および電圧特性を示すグラフである。
実施例によるゲートドライバと半導体装置の構成を示す回路図である。
実施例による検出回路の動作を説明するためのフローチャートである。
実施例によるゲートドライバの動作を説明するためのフローチャートである。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
実施例によるゲートドライバと半導体装置を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の様々な実施形態について、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。本発明は、様々な異なる形態で実施することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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