(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ＭＯＳＦＥＴ（１）と、
（ｂ）第１の装置（２）とを有しており、
（ｃ）第１の装置（２）がＭＯＳＦＥＴ（１）と熱的に結合されており、
（ｄ）第１の装置（２）がＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）およびソース端子（８）と接続されており、また
（ｅ）少なくとも１つのｐｎ接合を有し、第１の温度の到達の際に、ＭＯＳＦＥＴ（１）のゲートおよびソース端子（９、８）が互いに接続されるように、投入されるスイッチを含んでいる
半導体デバイスにおいて、
（ｆ）第１の装置（２）により温度に関係する信号が発生され、
（ｇ）この信号が、ＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に接続されている第２の装置（３）に供給され、
（ｈ）第２の装置（３）により第１の温度よりも低い第２の温度が到達されるときに、ＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に印加されている電圧が減ぜられる
ことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
第２の装置（３）がインバータ（２６；３９）および制御可能な電圧減少要素（２８；４１、４４）を含んでおり、インバータ（２６；３９）のスイッチング点が、インバータが温度に関係する信号の第２の温度に相応する信号レベルにおいて投入されるように設定されており、また電圧減少要素（２８；４１、４４）がインバータ（２６；３９）の出力信号によりより低い抵抗の状態に制御されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス。
【請求項３】
インバータがディプレッション形式の第１および第２のＭＯＳＦＥＴ（２９、３０）を含んでおり、インバータのＭＯＳＦＥＴ（２９、３０）のドレイン‐ソース区間が直列にＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に接続されており、インバータの第１のＭＯＳＦＥＴ（２９）のゲートおよびソース端子がインバータの第２のＭＯＳＦＥＴ（３０）のドレイン端子およびインバータの出力端子と接続されており、またインバータの第２のＭＯＳＦＥＴ（３０）のゲート端子が温度に関係する信号により制御されることを特徴とする請求項２記載の半導体デバイス。
【請求項４】
電圧減少要素（２８）がそれぞれ接続されたドレインおよびソース端子を有する第１のＭＯＳＦＥＴ（３５）および少なくとも１つの第２のＭＯＳＦＥＴ（３３）を含んでおり、電圧減少要素の第１および第２のＭＯＳＦＥＴ（３３、３５）のドレイン‐ソース区間が直列にＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（７）とソース端子（８）との間に接続されており、また電圧減少要素の第２のＭＯＳＦＥＴ（３３）のゲート端子が別のインバータ（２７）を介して前記インバータ（２６）の出力端子と接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の半導体デバイス。
【請求項５】
ツェナーダイオード（３６）が遮断方向にＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に接続されていることを特徴とする請求項４記載の半導体デバイス。
【請求項６】
電圧減少要素（４１、４４）がそれぞれ接続されたドレインおよびソース端子を有する第１のＭＯＳＦＥＴ（４５）および少なくとも１つの第２のＭＯＳＦＥＴ（４６）を含んでおり、電圧減少要素の第１および第２のＭＯＳＦＥＴ（４５、４６）のドレイン‐ソース区間が直列にＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に接続されており、別のＭＯＳＦＥＴ（４４）のドレイン‐ソース区間がＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）とソース端子（８）との間に接続されており、電圧減少要素の前記別のＭＯＳＦＥＴ（４４）のゲート端子が電圧減少要素の第１のＭＯＳＦＥＴ（４５）のドレイン端子およびゲート端子と接続されており、また電圧減少要素の第２のＭＯＳＦＥＴ（４６）のドレイン‐ソース区間に対して並列にＭＯＳＦＥＴ（５０）のドレイン‐ソース区間が接続されており、そのゲート端子が別のインバータ（４０）を介して前記インバータ（３９）の出力端子と接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の半導体デバイス。
【請求項７】
電圧減少要素の前記別のＭＯＳＦＥＴ（４４）のゲート端子と電圧減少要素の第１のＭＯＳＦＥＴ（４５）のゲートおよびドレイン端子との間に、直列に接続されている信号枝路を有する少なくとも２つの別のインバータ（４２、４３）が接続されていることを特徴とする請求項６記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記別のインバータ（２７、４０、４２、４３）がエンハンスメント形式の各１つの第１のＭＯＳＦＥＴを含んでおり、それぞれ前記別のインバータの第１のＭＯＳＦＥＴのソース端子がＭＯＳＦＥＴ（１）のソース端子（８）と接続されており、また前記別のインバータの第１のＭＯＳＦＥＴのドレイン端子がＭＯＳＦＥＴ（１）のゲート端子（９）と接続されていることを特徴とする請求項４または７記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記別のインバータの各１つの電流源がディプレッション形式のＭＯＳＦＥＴであり、そのゲートおよびソース端子が互いに接続されていることを特徴とする請求項８記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
第１および第２の装置（２、３）がモノリシックに集積されていることを特徴とする請求項１ないし９の１つに記載の半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ＭＯＳＦＥＴと、このＭＯＳＦＥＴと熱的に結合されている第１の装置とを有しており、この第１の装置はＭＯＳＦＥＴのゲート端子およびソース端子と接続されており、また少なくとも１つのｐｎ接合を有し、第１の温度の到達の際に、ＭＯＳＦＥＴのゲートおよびソース端子が互いに接続されるように、投入されるスイッチを含んでいる半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の半導体デバイスはヨーロッパ特許出願公開第０２０８９７０  号明細書から公知である。ｐｎスイッチは臨界的な温度の到達の際に、ＭＯＳＦＥＴが遮断されるように、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子を接続する。スイッチング温度は適当な寸法およびドーピングにより設定される。半導体スイッチは熱的にＭＯＳＦＥＴに結合されている。ＭＯＳＦＥＴの温度変化の際に半導体スイッチに向かって温度勾配が生じる。速い温度上昇の際には、たとえば衝撃電流負荷に基づいて、ＭＯＳＦＥＴが既に臨界的動作温度に達しているが、半導体スイッチの温度はまだスイッチング温度以下にあることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、公知のＭＯＳＦＥＴを、速く上昇する電流の際にも温度により惹起される損傷から確実に保護されるように改良することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この課題は、第１の装置により温度に関係する信号が発生され、この信号が、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子との間に接続されている第２の装置に供給され、第２の装置により第１の温度よりも低い第２の温度が到達されるときに、ＭＯＳＦＥＴのゲート端子とソース端子との間に印加されている電圧が減ぜられることにより解決される。
【０００５】
本発明の実施態様は請求項２以下にあげられている。
【０００６】
【実施例】
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。
【０００７】
図１に示されている半導体デバイスは、ドレイン端子７、ソース端子８およびゲート端子９を有するエンハンスメント形式の自己阻止性のｎチャネルＭＯＳＦＥＴであるＭＯＳＦＥＴ１を含んでいる。ゲート端子９は直列抵抗４を介して半導体デバイスの制御端子５と接続されている。そのドレイン‐ソース区間の導通抵抗はゲート‐ソース間電圧により制御される。ゲート‐ソース間電圧がカットオフ電圧以下にあると、ＭＯＳＦＥＴ１は遮断されている。他の場合には、ＭＯＳＦＥＴ１は導通している。その場合にＭＯＳＦＥＴ１のドレインおよびソース端子に電圧が印加されると、電流がそのドレイン‐ソース区間を通って流れ、それによりＭＯＳＦＥＴ１が加熱される。
【０００８】
ＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９とソース端子８との間に、ＭＯＳＦＥＴ１に熱的に結合されている第１の装置２が接続されている。第１の装置２は少なくとも１つのｐｎ接合を有するスイッチを含んでおり、このスイッチは、ｐｎ接合が第１の温度に達するときに投入される。ＭＯＳＦＥＴ１のゲートおよびソースはその場合に互いに接続され、従ってＭＯＳＦＥＴ１は遮断される。その際スイッチの投入時の電圧降下はＭＯＳＦＥＴ１のカットオフ電圧よりも小さくなければならない。
【０００９】
第１の装置２にはさらに温度に関係する信号を発生する手段が設けられている。これはたとえば温度の上昇と共に上昇する信号電圧レベルであってよい。温度に関係する信号は第１の装置２の出力端子６から導き出される。原理的には電流制御される温度に関係する信号をそのために使用することも可能である。
【００１０】
ＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９とソース端子８との間には更に第２の装置３が接続されている。第２の装置３は第１の装置２の出力端子６と接続されており、従って第１の装置２から発生される温度に関係する電圧信号が供給される。出力端子６における温度に関係する信号が、第１の装置２の半導体スイッチが投入される第１の温度Ｔ１よりも低い第２の温度Ｔ２に相当する値に達するとき、第２の装置３により、ＭＯＳＦＥＴ１のゲートとソースとの間に与えられている電圧が減ぜられる。たとえばこれは、温度に関係する信号レベルがソース端子８を基準にして第２の温度に相応する特定の電位に達するときに行われ得る。それによりＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９とソース端子８との間に電流枝路が接続され、それを通って電流が制御端子５および直列抵抗４を経てソース端子８へ流れ、従ってＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧が減ぜられる。それによりＭＯＳＦＥＴ１のドレイン‐ソース区間を通って流れる電流が減ぜられ、それによってＭＯＳＦＥＴ１の温度上昇が抑制される。それにより、ＭＯＳＦＥＴ１と第１の装置２との間の温度勾配に基づいてＭＯＳＦＥＴ１が電流の急峻な上昇の際に破壊されることが防止される。ＭＯＳＦＥＴ１は、他方において、より強く導通するように制御され得る。なぜならば、そのゲート‐ソース間電圧の最大許容値からの安全間隔がより小さく選ばれ得るからである。
【００１１】
図２には装置２および３に対する回路技術的な実現例が示されている。第１の装置２は半導体スイッチとしてサイリスタ２０を含んでおり、その陽極はＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９と、またその陰極はＭＯＳＦＥＴ１のソース端子８と接続されている。第１の温度Ｔ１の到達の際にサイリスタ２０は主として増大する漏れ電流により点弧される。サイリスタ２０の両中央領域２１、２２に対して並列にバイポーラトランジスタ２３のコレクタ‐エミッタ区間が接続されている。バイポーラトランジスタ２３のコレクタとベースとの間に、強く温度に関係する電流を供給する電流源２４が接続されている。電流源２４はたとえば、陰極でトランジスタ２３のコレクタと、また陽極でそのベースと接続されているホトダイオードとして実現することができる。その際に逆電流が温度に関係しているようなホトダイオードを使用すべきである。トランジスタ２２のベースは電流源２４を介してＭＯＳＦＥＴ１のソース端子８と接続されている。別の電流源として、ゲートおよびソース端子が互いに接続されているディプレッション形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２５が設けられている。トランジスタ２３のベースはさらに第１の装置２の出力端子６と接続されている。温度により条件付けられて上昇する電流源２４の電流により、別の電流源として接続されているＭＯＳＦＥＴ２５における電圧降下が増大する。従って端子６における信号レベルは温度に関係しており、また温度の上昇と共に増大する。装置２および３がそれぞれ互いに隔てられて、または共通にモノリシックに集積されていると好適である。
【００１２】
第２の装置３は入力側にインバータ２６を含んでおり、その後に別のインバータ２７が接続されており、それによりスイッチング要素２８が制御される。スイッチング要素２８によりＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９とソース端子８との間の電流枝路が閉じられ、それによりゲート‐ソース間電圧が減ぜられる。
【００１３】
インバータ２６はディプレッション形式の２つのｎチャネルＭＯＳＦＥＴ２９、３０のドレイン‐ソース区間の直列回路から成っている。ＭＯＳＦＥＴ３０は第１の装置２の出力端子６により制御され、またＭＯＳＦＥＴ２９は、そのゲートおよびソース端子が互いに接続されていることによって、電流源として接続されている。ＭＯＳＦＥＴ２９、３０のドレイン‐ソース区間の抵抗値は、第１の装置２の出力端子６における温度に関係する信号と関連して、温度に関係する信号が第２の装置３が能動状態に切換えられるべき第２の温度に相当するときにインバータがそのスイッチング点を有するように互いに合わされている。経験上スイッチング点は０．４Ｖの電圧レベルにある。
【００１４】
インバータ２７はスイッチングトランジスタとしてディプレッション形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３２を含んでおり、そのゲート端子はＭＯＳＦＥＴ３０のドレイン端子と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３２のドレイン端子は電流源を介してＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９と接続されている。好ましくはこの電流源はゲートおよびソース端子を互いに接続されているディプレッション形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３１として構成される。
【００１５】
スイッチング要素２８はスイッチングトランジスタとしてエンハンスメント形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ３３を含んでおり、そのゲート端子はインバータ２７の出力端子と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３３のドレイン端子は２つのＭＯＳＦＥＴ３４、３５を介してＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９と接続されている。ＭＯＳＦＥＴ３４、３５のゲートおよびドレイン端子はそれぞれ互いに接続されており、従ってそれらはＭＯＳダイオードとして作用する。
【００１６】
第１の装置２の出力端子６における温度に関係する信号が第１の装置２のスイッチング温度Ｔ２に相当する信号レベルに達すると、信号が両インバータ２６、２７を介して増幅される。それによりＭＯＳＦＥＴ３３が投入され、従って電流が端子５から直列抵抗４を経てＭＯＳＦＥＴ１のソース端子８へ流れる。電流はＭＯＳＦＥＴ３４、３５により制限される。直列抵抗４における電圧降下がＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧を減じ、従ってその動作温度が低下する。インバータ２６、２７は、それらがスイッチング要素２８の投入された状態に比較して小さい電流を消費するように設定すべきである。好ましくはＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース区間はツェナーダイオード３６を介しても半導体デバイスの端子５における過大な入力電圧から保護され得る。
【００１７】
図３の半導体デバイスは温度に関係する電圧信号を出力端子６に発生する既に図２で説明した第１の装置２を含んでいる。しかし第２の装置３は他の実施形態を有する。第２の装置３は入力側に図２のインバータ２６、２７に相当する２つのインバータ３９、４０を含んでいる。第２の装置３はさらに、ドレイン‐ソース区間を直列に接続されている４つのエンハンスメント形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ４５〜４８を有するダイオード装置４１を含んでいる。ＭＯＳＦＥＴ４５〜４８は、それぞれそれらのゲートおよびドレイン端子が互いに接続されていることによって、ＭＯＳダイオードとして接続されている。ＭＯＳＦＥＴ１のソース端子８と接続されているトランジスタのドレイン端子はインバータ４２と接続されている。インバータ４２の出力は別のインバータ４３を介して、ドレイン‐ソース区間でＭＯＳＦＥＴ１のゲート端子９とソース端子８との間に接続されているエンハンスメント形式のｎチャネルＭＯＳＦＥＴ４４を駆動する。装置４１、４２、４３、４４の共同作用によりＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧が制限される。入力端子５における電位が上昇することを仮定して、４つのＭＯＳダイオード４５〜４８を有するダイオード装置４１を通る電流が高められ、それによってＭＯＳＦＥＴ４５のドレイン電位が上昇する。インバータ４２、４３はＭＯＳＦＥＴ４５のドレイン電位を増幅する役割をする。それによりＭＯＳＦＥＴ４４が強く導通状態に制御され、その結果として、ダイオード装置４１における電圧降下が、ＭＯＳＦＥＴ４４が再び高抵抗になるまで低下する。この調節はＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧が制限されるように行われる。
【００１８】
ダイオード装置４１のＭＯＳＦＥＴ４６のドレイン‐ソース区間に対して並列に別のＭＯＳＦＥＴ５０が接続されている。ＭＯＳＦＥＴ５０のゲート端子はインバータ４０の出力により制御される。いま温度に関係する信号のレベルが第２の装置３のスイッチング温度Ｔ２に相当する値に達するとき、インバータ３９、４０が投入され、従ってＭＯＳＦＥＴ５０が導通状態に制御される。それによりＭＯＳＦＥＴ４６から形成されるＭＯＳダイオードが不作用になる。その結果、ＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧が装置４１〜４４の作用の仕方に基づいてより小さい電圧に制限される。それによりＭＯＳＦＥＴ１の温度が低下する。その際に装置３９〜４３は、それらがＭＯＳＦＥＴ４４の投入された状態に比較して小さい電流を導くように設定すべきである。
【００１９】
図２に示されている第２の装置３の実施例は端子５における上昇する制御電圧に対してＭＯＳＦＥＴ１のゲート‐ソース間電圧の抵抗に類似の特性を有するが、図３に示されている実施例では端子５における上昇する入力電圧に対して急峻に上昇するツェナーダイオードに類似の特性が生ずる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による半導体デバイスのブロック回路図。
【図２】本発明による半導体デバイスの第１の実施例の詳細図。
【図３】本発明による半導体デバイスの第２の実施例の詳細図。
【符号の説明】
１    ＭＯＳＦＥＴ
２    第１の装置
３    第２の装置
７    ドレイン端子
８    ソース端子
９    ゲート端子
２６、２７、３９、４０、４２、４３    インバータ
２８、４１、４４    電圧減少要素
２９、３０、３３、３５    ＭＯＳＦＥＴ
３６    ツェナーダイオード
４５、４６    ＭＯＳＦＥＴ
【図１】
0003583803.tif 000002
【図２】
0003583803.tif 000003
【図３】
0003583803.tif 000004