崩塌、以及允許基于II1-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片支持在單個(gè)共同襯底上橫向集成多個(gè)基于II1-V半導(dǎo)體的器件(例如，用作雙向開關(guān)，或者其他用途)，以便向AC負(fù)載供電。耦合結(jié)構(gòu)(例如配置用作基于ΙΙΙ-ν半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片的內(nèi)部或外部部件)用于確?；贗I1-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片的單個(gè)共同襯底耦合至最低可用電位(例如，至少部分地形成在II1-V半導(dǎo)體層內(nèi)的基于II1-V半導(dǎo)體的雙向開關(guān)的最低負(fù)載端子電位)。通過(guò)確保共同襯底至少近似處于與最低可用電位相同的電位處或附近(例如減去跨耦合結(jié)構(gòu)的電壓降)，即便最低電位位置改變，耦合結(jié)構(gòu)通過(guò)重復(fù)地將基于111-7半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片重新配置以將行進(jìn)在基于m-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片的導(dǎo)電溝道內(nèi)的移動(dòng)載流子排斥遠(yuǎn)離II1-V半導(dǎo)體層的陷阱從而防止了在ΙΙΙ-ν半導(dǎo)體層中電流崩塌。
[0040]例如，如果基于ΙΙΙ-ν半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片配置作為具有用于為AC負(fù)載供電的兩個(gè)負(fù)載端子的基于II1-V半導(dǎo)體的雙向開關(guān)，跨雙向開關(guān)的負(fù)載端子的電壓的極性可以交替、并且使得最低電位的位置改變。換言之，雙向開關(guān)的最低電位負(fù)載端子可以周期地在一個(gè)負(fù)載端子與另一個(gè)負(fù)載端子之間交替。耦合結(jié)構(gòu)，或者通過(guò)其自身配置或者在受控于控制器時(shí)，自動(dòng)地重新配置基于II1-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片，以便:通過(guò)使得共同襯底從電耦合至之前的最低電位負(fù)載端子而切換至電耦合至當(dāng)前最低電位負(fù)載端子，而針對(duì)最低點(diǎn)位負(fù)載端子的位置的改變而進(jìn)行校正。
[0041]以如此方式，不論移動(dòng)載流子在基于ΙΙΙ-ν半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片的導(dǎo)電溝道內(nèi)移動(dòng)方向，耦合結(jié)構(gòu)防止移動(dòng)載流子被II1-V半導(dǎo)體層俘獲。通過(guò)支持多個(gè)基于II1-V半導(dǎo)體的器件的集成、并且可操作在AC環(huán)境和DC環(huán)境兩者之中，根據(jù)這些技術(shù)的基于II1-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裸片可以用于之前無(wú)法使用基于II1-V半導(dǎo)體的半導(dǎo)體器件的各種HEMT類型和橫向器件類型的應(yīng)用。
[0042]圖1 一圖3是示出了根據(jù)本公開一個(gè)或多個(gè)方面的用于向AC負(fù)載4供電的示例性系統(tǒng)1A — 1C(共同稱為“系統(tǒng)1”)的方框圖。在圖1 一圖3所示每個(gè)示例中，系統(tǒng)1具有多個(gè)分隔并且不同的部件，然而每個(gè)系統(tǒng)1可以包括提供了在此所述系統(tǒng)1功能的附加的或更少的部件。
[0043]在圖1 一圖3中的每一個(gè)中，控制器單元5示出為是系統(tǒng)1的可選部件。控制器單元5可以經(jīng)由鏈路9A - 9C(共同稱為“鏈路9”)與系統(tǒng)1的各個(gè)部件交換信息，以控制系統(tǒng)1的各個(gè)部件。例如，AC開關(guān)6、AC電源2和AC負(fù)載4可以經(jīng)由鏈路9而與控制器單元5交換信息?？刂破鲉卧?可以經(jīng)由鏈路9B發(fā)送使得AC開關(guān)6斷開或閉合的一個(gè)或多個(gè)命令或信號(hào)，以控制AC電源2與AC負(fù)載4之間的電能流動(dòng)。控制器單元5可以經(jīng)由鏈路9B接收指示在AC開關(guān)6處的電壓和/或電流的信息?？刂破鲉卧?可以經(jīng)由鏈路9A和9C與AC電源2和AC負(fù)載4交換信息，例如用于產(chǎn)生用于控制AC開關(guān)6的控制信號(hào)或命令。在一些示例中，控制器單元5可以與系統(tǒng)1的至少一部分部件電隔離。例如，控制器單元5可以與AC電源2、AC負(fù)載4和/或AC開關(guān)6電隔離(例如借由嵌入在鏈路9中的一個(gè)或多個(gè)光耦合器或經(jīng)由其他隔離技術(shù))。
[0044]控制器單元5可以包括硬件、軟件、固件的任何合適設(shè)置，或者其任意組合，以執(zhí)行有助于控制器單元5在此諸如但不限于控制耦合結(jié)構(gòu)或者驅(qū)動(dòng)AC開關(guān)6的晶體管柵極的技術(shù)。例如，控制器單元5可以包括任意一個(gè)或多個(gè)驅(qū)動(dòng)器、微處理器、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)或任何其他集成或分立的邏輯電路，以及這些部件的任意組合。當(dāng)控制器單元5包括軟件或固件時(shí)，控制器單元5進(jìn)一步包括用于存儲(chǔ)并執(zhí)行軟件或固件的任何必要硬件，諸如一個(gè)或多個(gè)處理器或處理單元。通常，處理單元可以包括一個(gè)或多個(gè)微處理器、DSP、ASIC、FPGA或任何其他等價(jià)的集成或分立邏輯電路，以及這些部件的任意組合。
[0045]圖1示出了系統(tǒng)1A，其經(jīng)由AC開關(guān)6控制了在鏈路8和10之上在AC電源2和AC負(fù)載4之間行進(jìn)的(單相)AC電流的流動(dòng)。AC電源2和AC負(fù)載4經(jīng)由中性(neutral)鏈路12而連接。
[0046]存在AC電源2的多個(gè)示例，并且可以包括但不限于AC電網(wǎng)、DC/AC電源轉(zhuǎn)換器、變壓器輸出、工作在能量回收模式下的電動(dòng)機(jī)、或者能夠輸出AC電壓和/SAC電流以用于向AC負(fù)載4供電的任何其他形式AC電源。
[0047]存在AC負(fù)載4的多個(gè)示例，并且可以包括但不限于AC電網(wǎng)(例如，從風(fēng)車、太陽(yáng)能面板、或向AC電網(wǎng)提供能量的其他可再生能源，接收能量)、單獨(dú)(island) AC電網(wǎng)(例如住宅家庭、遠(yuǎn)程區(qū)域家庭等)、AC電動(dòng)機(jī)、變壓器輸入(例如50Hz隔離變壓器等)或從諸如AC電源2的AC電源接收AC電壓或AC電流的任何其他類型電子裝置和/或電路。
[0048]通常，系統(tǒng)1A依賴于AC開關(guān)6操作作為中間裝置，以便按照用于向AC負(fù)載4供電的方式來(lái)控制由AC電源2所提供電能的流動(dòng)。AC開關(guān)6可以通過(guò)閉合在鏈路8和10之間的跨AC開關(guān)6兩個(gè)負(fù)載端子的導(dǎo)線連接，而將AC負(fù)載4電耦合(例如連接)至AC電源
2。AC開關(guān)6可以通過(guò)斷開跨AC開關(guān)6兩個(gè)負(fù)載端子的導(dǎo)線連接，而將AC負(fù)載4從AC電源2去耦合(例如斷開)。AC開關(guān)6可以包含在分隔的外殼中，并且因此與將AC電源2連接至AC負(fù)載4的中性鏈路12電隔離。在一些示例中，AC開關(guān)6是可以沿兩個(gè)方向阻斷和導(dǎo)通電流的一個(gè)或多個(gè)雙向(例如“雙邊”)基于晶體管的開關(guān)和/或二極管。
[0049]圖2示出了控制了行進(jìn)在AC電源2和AC負(fù)載4之間的三相AC電流的流動(dòng)的系統(tǒng)1B。不同于作為單相AC電源系統(tǒng)的系統(tǒng)1A，三相系統(tǒng)1B依賴于三相AC開關(guān)以控制能量在AC電源2和AC負(fù)載4之間的流動(dòng)。AC開關(guān)6A-6C的每個(gè)都代表了圖1的AC開關(guān)6的示例。AC開關(guān)6A-6C的每個(gè)控制了行進(jìn)在AC電源2和AC負(fù)載4之間三相AC電流的各自一相的流動(dòng)。例如，AC開關(guān)6A可以控制在鏈路8A和10A之上行進(jìn)在AC電源2和AC負(fù)載4之間的AC電流的R相的流動(dòng)。AC開關(guān)6B可以控制在鏈路8B和10B之上行進(jìn)在AC電源2和AC負(fù)載4之間的AC電流的S相的流動(dòng)。以及AC開關(guān)6C可以控制在鏈路8C和10C之上行進(jìn)在AC電源2和AC負(fù)載4之間的AC電流的T相的流動(dòng)。
[0050]系統(tǒng)1B包括可選的、連接了 AC電源2和AC負(fù)載4的中性鏈路12。換言之，一些三相應(yīng)用可以包括中性鏈路12，而其他三相應(yīng)用可以不包括。中性鏈路12與AC開關(guān)6A-6C的每個(gè)隔離。
[0051]系統(tǒng)1B中AC電源2代表了三相AC電源，并且AC負(fù)載4代表了三相AC負(fù)載。AC電源2的示例包括三相AC電網(wǎng)、在回收模式下的三相AC電動(dòng)機(jī)，而AC負(fù)載4的示例包括三相AC電動(dòng)機(jī)、三相AC電網(wǎng)等。
[0052]盡管圖1和圖2中并未具體示出，本領(lǐng)域技術(shù)人員將知曉的是，在一些國(guó)家(例如北美國(guó)家)中，圖1和圖2的AC電源2和AC負(fù)載4可以“導(dǎo)線間(line-to-line) ”地連接成兩相AC設(shè)置，而不是三相或單相AC設(shè)置。換言之，其中AC電源2和AC負(fù)載4配置成兩相AC設(shè)置的不例系統(tǒng)中，AC電源2和AC負(fù)載4可以由兩個(gè)AC開關(guān)(例如AC開關(guān)6A和6B)而不是圖2中所示三個(gè)AC開關(guān)6A-6C所分隔。
[0053]附加的，盡管圖2中并未具體示出，本公開也認(rèn)識(shí)到，存在一些三相AC電源應(yīng)用(例如“矩陣轉(zhuǎn)換器”)，需要比圖2中所示的僅三個(gè)AC開關(guān)6A-6C更多的多于三個(gè)AC開關(guān)。例如，在矩陣轉(zhuǎn)換器中，三相AC電源使用九個(gè)AC開關(guān)6連接至三相負(fù)載。
[0054]圖3示出了通過(guò)依賴于電源轉(zhuǎn)換器18而控制了行進(jìn)在DC電源2和AC負(fù)載4之間AC電流的流動(dòng)的系統(tǒng)1C。電源轉(zhuǎn)換器18經(jīng)由鏈路16A和16B耦合至DC電源2。電源轉(zhuǎn)換器18經(jīng)由鏈路10和12耦合至DC負(fù)載4。電源轉(zhuǎn)換器18包括DC/AC轉(zhuǎn)換器14以及耦合至DC/AC轉(zhuǎn)換器14的輸出的AC開關(guān)6。電源轉(zhuǎn)換器18依賴于AC開關(guān)6，以通過(guò)斷開或閉合在鏈路8和10之間的鏈路連接而將DC/AC轉(zhuǎn)換器14的輸出與AC負(fù)載4的輸入連接和去連接。
[0055]AC開關(guān)6可以與鏈路12電隔離。在一些示例中，DC/AC轉(zhuǎn)換器14具有單相輸出。在其他示例中，DC/AC轉(zhuǎn)換器14具有三相輸出，其中多個(gè)AC開關(guān)可以用于將AC負(fù)載4與DC/AC轉(zhuǎn)換器14的輸出連接和去連接。
[0056]圖4A和圖4B是分別示出了 AC開關(guān)6D和6E的電路圖，作為圖1_圖3中所示系統(tǒng)1的開關(guān)6中的任何的示例。例如，AC開關(guān)6D和6E的每個(gè)可以由系統(tǒng)1用于控制在AC電源2和AC負(fù)載4之間電能的流動(dòng)。
[0057]AC開關(guān)6D和6E是雙向阻斷和導(dǎo)通開關(guān)的示例。也即，AC開關(guān)6D和6E的每個(gè)包括兩個(gè)單向M0SFET型裝置20A和20B，它們背對(duì)背(另外稱作“反串聯(lián)”)設(shè)置以形成配置作為雙向開關(guān)的單個(gè)裝置，以沿兩個(gè)方向阻斷和導(dǎo)通電流。通常，甚至當(dāng)斷開時(shí)，單向器件20A和20B的每個(gè)各自M0SFET的本征本體二極管也將總是導(dǎo)通沿一個(gè)方向流動(dòng)的電流。通過(guò)如圖4A和圖4B中所示“反串聯(lián)”地設(shè)置單向器件20A和20B，兩個(gè)單向器件20A和20B的組合可以用于形成單個(gè)雙向阻斷和導(dǎo)通開關(guān)，其可以以如此方式控制以阻斷和導(dǎo)通沿兩個(gè)方向流動(dòng)的電流。
[0058]例如，開關(guān)6D和6E每個(gè)可以被控制以便于傳導(dǎo)從AC負(fù)載4流動(dòng)至AC電源2的電流，并且可以被控制以便于傳導(dǎo)從AC電源2流向AC負(fù)載4的電流。開關(guān)6D和6E可以每個(gè)被控制以便于阻斷從AC負(fù)載4流向AC電源2的電流，并且可以被控制以便于阻斷從AC電源2流向AC負(fù)載4的電流。
[0059]圖4A示出了共用了“共同源極”的背對(duì)背或反串聯(lián)地設(shè)置的AC開關(guān)6D的單向器件20A和20B。換言之，單向器件20A和20B的各自漏電極在AC開關(guān)6D的相對(duì)端部處，并且各自源電極在AC開關(guān)6D的中部的單個(gè)節(jié)點(diǎn)處耦合在一起。共同源極設(shè)置的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，單向器件20A和20B的兩個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)電極可以連接至共用參考點(diǎn)21。以如此方式，共同源極設(shè)置可以允許單向器件20A和20B兩者通過(guò)使用在參考點(diǎn)21處耦合至AC開關(guān)6D的(例如控制器單元5的)單個(gè)柵極驅(qū)動(dòng)器而導(dǎo)通。換言之，AC開關(guān)6D可以經(jīng)由鏈路9B耦合至控制了 AC開關(guān)6D柵極的控制器單元5的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器。
[0060]圖4B示出了共用了“共同漏極”的背對(duì)背或反串聯(lián)地設(shè)置的AC開關(guān)6D的單向器件20A和20B。換言之，單向器件20A和20B的各自源電極在AC開關(guān)6E的相對(duì)端部處，并且各自漏電極在AC開關(guān)6E的中部共用。在共同漏極配置中，需要兩個(gè)分離柵極驅(qū)動(dòng)器以控制單向器件20A和20B，因?yàn)椴煌贏C開關(guān)6D的情形，單向器件20A和20B的各自柵極電極的參考電位是分離的、并且并未在共同參考點(diǎn)處共用。AC開關(guān)6E可以經(jīng)由鏈路9B的鏈路19A以及鏈路9B的鏈路19B，而耦合至控制了 AC開關(guān)6E柵極的控制器單元5的各自驅(qū)動(dòng)器。
[0061]圖4A和圖4B中所示共同源極和共同漏極的反串聯(lián)設(shè)置兩者的一個(gè)缺點(diǎn)是，每個(gè)設(shè)置需要兩個(gè)M0SFET (例如單向器件20A和20B)。依賴于兩個(gè)M0SFET以執(zhí)行單個(gè)雙向阻斷和導(dǎo)通開關(guān)的功能，與并未依賴于反串聯(lián)設(shè)置的AC開關(guān)6的其他示例相比，這倍增了 AC開關(guān)6D和6E的成本、大小和RDSt)N(導(dǎo)通狀態(tài)電阻)。
[0062]圖5A-圖5C是示出了示例性基于II1-V半導(dǎo)體的AC開關(guān)6F-6H的電路圖，作為圖1-圖3中所示系統(tǒng)1的開關(guān)6的示例。例如，AC開關(guān)6F-6H的每個(gè)可以由系統(tǒng)1用于控制在AC電源2和AC負(fù)載4之前電能的流動(dòng)。類似于圖4A和圖4B的AC開關(guān)6D和6E，AC開關(guān)6F-6H的每個(gè)配置用作單個(gè)雙向阻斷和導(dǎo)通AC開關(guān)，其傳導(dǎo)并且阻斷電流沿兩個(gè)相反方向兩者的流動(dòng)。
[0063]例如，開關(guān)6F-6H可以每個(gè)被控制以便于傳導(dǎo)從AC負(fù)載4流向AC電源2的電流，并且可以被控制以便于傳導(dǎo)從AC電源2流向AC負(fù)載4的電流。開關(guān)6F-6H可以每個(gè)被控制以便于阻斷從AC負(fù)載4流向AC電源2的電流，并且可以被控制以便于阻斷從AC電源2流向AC負(fù)載的電流。
[0064]圖5A和圖5B示出了每個(gè)具有兩個(gè)II1-V半導(dǎo)體HEMT器件22A和22B的AC開關(guān)6F和6G。不同于類似AC開關(guān)6D和6E反串聯(lián)地連接兩個(gè)單向M0SFET型器件，AC開關(guān)6F和6G依賴于II1-V半導(dǎo)體HEMT器件22A和22B的反串聯(lián)設(shè)置，以執(zhí)行電流的雙向阻斷和傳導(dǎo)。
[0065]圖5A示出了具有采用共同源極的反串聯(lián)設(shè)置的II1-V半導(dǎo)體HEMT開關(guān)器件22A和22B的AC開關(guān)6F。AC開關(guān)6F可以經(jīng)由鏈路9B耦合至控制了 AC開關(guān)6F柵極的控制器單元5的單個(gè)驅(qū)動(dòng)器。
[0066]圖5B示出了具有采用共同漏極的反串聯(lián)設(shè)置的II1-V半導(dǎo)體HEMT開關(guān)器件22A和22B的AC開關(guān)6G。AC開關(guān)6G可以經(jīng)由鏈路9B的鏈路19A和鏈路9B的鏈路19B而耦合至控制了 AC開關(guān)6G柵極的控制器單元5的各自驅(qū)動(dòng)器。
[0067]對(duì)于AC開關(guān)6F和6G的每個(gè)，II1-V半導(dǎo)體HEMT開關(guān)器件22A和22B可以形成在分立半導(dǎo)體本體或裸片上，或者備選的，可以形成(例如使用單片集成技術(shù))作為在共用了單個(gè)共同襯底的單個(gè)半導(dǎo)體本體或裸片上的橫向器件。
[0068]圖5C示出了作為配置用于從兩個(gè)方向阻斷和傳導(dǎo)電流的單個(gè)II1-V半導(dǎo)體HEMT器件的AC開關(guān)6H。AC開關(guān)6H可以形成作為在共用了單個(gè)共同襯底的單個(gè)半導(dǎo)體本體或裸片上的橫向器件。AC開關(guān)6H是“真雙向開關(guān)”設(shè)置，并且僅需要單個(gè)器件。在圖5C的示例中，AC開關(guān)6H配置作為單片集成雙向開關(guān)，其中兩個(gè)晶體管共用了有源器件區(qū)域的一部分。AC開關(guān)6H包括兩個(gè)負(fù)載端子130A和130B以及兩個(gè)柵極電極以用于控制電流流動(dòng)。形成了開關(guān)6H的兩個(gè)晶體管22C和22D共用了共同漂移區(qū)域以沿兩個(gè)方向阻斷和傳導(dǎo)電流。AC開關(guān)6H可以經(jīng)由鏈路9B的19A和鏈路9B的19B而耦合至控制了 AC開關(guān)6H的雙柵極的控制器單元5的各自驅(qū)動(dòng)器。