JPH03183210A - 高耐圧半導体スイッチ - Google Patents
高耐圧半導体スイッチInfo
- Publication number
- JPH03183210A JPH03183210A JP33970490A JP33970490A JPH03183210A JP H03183210 A JPH03183210 A JP H03183210A JP 33970490 A JP33970490 A JP 33970490A JP 33970490 A JP33970490 A JP 33970490A JP H03183210 A JPH03183210 A JP H03183210A
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- JP
- Japan
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- thyristor
- resistor
- junction
- parallel
- voltage
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、高耐圧半導体スイッチに係り、特に入出力間
が電気的に絶縁され、且つ出力部がオン時に低電流域で
は線形の電圧依存性をもつ高耐圧半導体スイッチに関す
る。
が電気的に絶縁され、且つ出力部がオン時に低電流域で
は線形の電圧依存性をもつ高耐圧半導体スイッチに関す
る。
従来、この種の半導体装置は電磁リレーの代替品として
通信分野等で強く要望されており1例えばMOS−FE
Tから構成される容量結合型の集積回路が知られている
。(ISSCCDigest of Technica
lPapers、P、238−239.Feb、198
1又は米国特許4,170,740号参照)。
通信分野等で強く要望されており1例えばMOS−FE
Tから構成される容量結合型の集積回路が知られている
。(ISSCCDigest of Technica
lPapers、P、238−239.Feb、198
1又は米国特許4,170,740号参照)。
この回路構成は第3図に示すようにむっている。
この回路は入出力間が容量で結合されているので直流的
に絶縁されており、この結果、入力開動回路部に対し出
力部が電位的にフローテング状態にあっても確実に出力
部の駆動が可能となる。また出力部がMOS−FETで
構成されているのでオン駆動された場合に出力部の通電
電流は線形の電圧依存性を示すようになる。この結果出
力部がバイポーラ素子で構成された半導体装置に比べ出
力側電源の省電力化を計ることができる。すなわちバイ
ポーラ素子の通電電流は非線形の電圧依存性を示し、低
電流域では非線形性が特に著しいので線形に近い電圧依
存性を得るためには一定の直流バイアス電流を流さなけ
ればならないが、MOS−FETの場合この電流が不要
となるためである。
に絶縁されており、この結果、入力開動回路部に対し出
力部が電位的にフローテング状態にあっても確実に出力
部の駆動が可能となる。また出力部がMOS−FETで
構成されているのでオン駆動された場合に出力部の通電
電流は線形の電圧依存性を示すようになる。この結果出
力部がバイポーラ素子で構成された半導体装置に比べ出
力側電源の省電力化を計ることができる。すなわちバイ
ポーラ素子の通電電流は非線形の電圧依存性を示し、低
電流域では非線形性が特に著しいので線形に近い電圧依
存性を得るためには一定の直流バイアス電流を流さなけ
ればならないが、MOS−FETの場合この電流が不要
となるためである。
上記回路はこのような特徴があるため本装置は1チツプ
にIC化が可能な電磁リレーの代替装置として広い応用
が可能なものである。
にIC化が可能な電磁リレーの代替装置として広い応用
が可能なものである。
しかしながら、
(1) 出力部がMOS−FETなのでオン抵抗が大
きく、大電流通電時の電力損失が大きい。
きく、大電流通電時の電力損失が大きい。
(2) 回路構成素子数が多いためrc化した場合の
チップの占有面積が大きい。特に入出方間結合用の容量
は15pF程度であり大きな面積を要する。また出力部
のオン抵抗を小さくするにはFETのチャネル幅とチャ
ネル長さを大きくする必要があり、チップ面積が大きく
なってしまう。
チップの占有面積が大きい。特に入出方間結合用の容量
は15pF程度であり大きな面積を要する。また出力部
のオン抵抗を小さくするにはFETのチャネル幅とチャ
ネル長さを大きくする必要があり、チップ面積が大きく
なってしまう。
(3)容量結合なので交流信号でないと駆動できない。
という欠点を有するものであった。
本発明の目的は、入出力間が電気値に絶縁され、出力部
がフローテング状態でも駆動が可能であり、且つ出力部
がオン時の通電電流が低電流域では線形の電圧依存性を
示すが、大電流域では低いオン抵抗となるチップ占有面
積の小さい高耐圧半導体スイッチを提供するにある。
がフローテング状態でも駆動が可能であり、且つ出力部
がオン時の通電電流が低電流域では線形の電圧依存性を
示すが、大電流域では低いオン抵抗となるチップ占有面
積の小さい高耐圧半導体スイッチを提供するにある。
このような目的を達成するため本発明は、絶縁ゲート形
電界効果素子例えばMOS−FET等のゲート端子と主
端子がゲート酸化膜で電気的に絶縁されていること、バ
イポーラ素子がMOS−FETに比べ小面積でオン抵抗
を小さくする上で有利であること、nチャネルMOS−
FETとnチャネルMOS−FETでは駆動する際主端
子の電位に対するゲート端子の電位が逆極性であること
に着目し、p’nチャネルMO3−FETとバイポーラ
素子さらに抵抗を組合わせるようにしたものである。
電界効果素子例えばMOS−FET等のゲート端子と主
端子がゲート酸化膜で電気的に絶縁されていること、バ
イポーラ素子がMOS−FETに比べ小面積でオン抵抗
を小さくする上で有利であること、nチャネルMOS−
FETとnチャネルMOS−FETでは駆動する際主端
子の電位に対するゲート端子の電位が逆極性であること
に着目し、p’nチャネルMO3−FETとバイポーラ
素子さらに抵抗を組合わせるようにしたものである。
すなわち、順電圧印加時に主として順電圧を阻止する接
合と逆電圧印加時に主として逆電圧を阻止する接合とを
それぞれ少なくとも1ヶ以上有し、それらの接合が直列
に主端子間に接続されてなるバイポーラ素子と、前記逆
電圧を阻止する接合の1つに並列接続された抵抗と、こ
の抵抗が並列接続された接合を除く前記逆電圧を阻止す
る接合と前記順電圧を阻止する接合との全体に並列接続
された主回路を有するp型MOSトランジスタおよびn
型MOSトランジスタとを含んでなり、このp型MOS
トランジスタとn型MOSトランジスタのゲートに共通
の駆動信号を入力する構成の高耐圧半導体スイッチとし
たのである。
合と逆電圧印加時に主として逆電圧を阻止する接合とを
それぞれ少なくとも1ヶ以上有し、それらの接合が直列
に主端子間に接続されてなるバイポーラ素子と、前記逆
電圧を阻止する接合の1つに並列接続された抵抗と、こ
の抵抗が並列接続された接合を除く前記逆電圧を阻止す
る接合と前記順電圧を阻止する接合との全体に並列接続
された主回路を有するp型MOSトランジスタおよびn
型MOSトランジスタとを含んでなり、このp型MOS
トランジスタとn型MOSトランジスタのゲートに共通
の駆動信号を入力する構成の高耐圧半導体スイッチとし
たのである。
〔作用〕
このようにすれば、バイポーラ素子とゲート端子を電気
的に絶縁できるとともにバイポーラ素子の電位がゲート
電位より低い時はnチャネルMOS−FETにより駆動
でき、ゲート電位より高い時はnチャネルMOS−FE
Tにより駆動できるので、バイポーラの電位がフローテ
ング状態にあリゲート電位が固定されている場合に確実
に駆動せしめることができる。また、バイポーラ素子が
オンするまではMOS−FETと抵抗を介して電流が流
れるので通電電流の電圧依存性を線形にできるとともに
、抵抗の両端の電位がバイポーラ素子の順バイアス接合
が動作する約0.6V以上になるとバイポーラ素子がオ
ンするので小面積にもかかわらず大電流域でのオン抵抗
を小さくできる。
的に絶縁できるとともにバイポーラ素子の電位がゲート
電位より低い時はnチャネルMOS−FETにより駆動
でき、ゲート電位より高い時はnチャネルMOS−FE
Tにより駆動できるので、バイポーラの電位がフローテ
ング状態にあリゲート電位が固定されている場合に確実
に駆動せしめることができる。また、バイポーラ素子が
オンするまではMOS−FETと抵抗を介して電流が流
れるので通電電流の電圧依存性を線形にできるとともに
、抵抗の両端の電位がバイポーラ素子の順バイアス接合
が動作する約0.6V以上になるとバイポーラ素子がオ
ンするので小面積にもかかわらず大電流域でのオン抵抗
を小さくできる。
この他、容量結合でなくMOS−FETのゲート酸化膜
で結合しているので直流ゲートバイアス信号でも駆動で
きるものである。
で結合しているので直流ゲートバイアス信号でも駆動で
きるものである。
以下、本発明を図示実施例に基づいて説明する。
第1図は本発明の一実施例の高耐圧半導体スイッチの概
念構成図である。図示のように、主回路端子A、に間に
接続された主スイッチであるサイリスタ1と、このサイ
リスタ1のPEnBPCトランジスタ部分に、p’n両
チャネルMOS−FET3.5を並列に接続し、PB
ng接合に抵抗4を並列に接続した構成としたものであ
る。また、p・n両チャネルMO8−FET3,5のゲ
ートには、信診端子Gから共通の駆動信号が入力される
。
念構成図である。図示のように、主回路端子A、に間に
接続された主スイッチであるサイリスタ1と、このサイ
リスタ1のPEnBPCトランジスタ部分に、p’n両
チャネルMOS−FET3.5を並列に接続し、PB
ng接合に抵抗4を並列に接続した構成としたものであ
る。また、p・n両チャネルMO8−FET3,5のゲ
ートには、信診端子Gから共通の駆動信号が入力される
。
このように構成される実施例の動作を次に説明する。本
装置はゲート端子Gに接続した開動回路からオン信号を
供給することにより駆動される。
装置はゲート端子Gに接続した開動回路からオン信号を
供給することにより駆動される。
オン信号電位よりもサイリスタのカソード電位が高い場
合は、pチャネルMO8−FET3がオンするので抵抗
4を介してA−に間に電流が流れる。
合は、pチャネルMO8−FET3がオンするので抵抗
4を介してA−に間に電流が流れる。
pチャネルMO8−FET3がオンした場合ソース・ド
レイン間通電電流が比較的低電流領域ではソース・ドレ
イン間の電圧に線形的に依存するので、A−に間の通電
電流もA−に間電圧に線形的に依存する。この場合のA
−に間抵抗はMOS−FETのチャネル抵抗と抵抗4と
を加算した値にほぼ等しい。オン信号が大きくなりMO
S−FETのソース・ドレイン間電流が増大し抵抗4の
両端の電圧がサイリスタlのbuildup電圧(約0
.6V)以上になるとサイリスタ1がオンする。例えば
抵抗4を100Ωとした場合約6mAの電流がMOS−
FET3から供給されるとサイリスタはオンする。一般
にサイリスタのオン抵抗は同程度の素子面積のMOS−
FETに比べて著しく小さいので、大電流域ではもっば
ら電流はサイリスタ側を流れA−に間のオン抵抗は小さ
くなる。例えば4mA通電時のオン抵抗は少なくとも抵
抗4以上すなわち100Ω以上と大きいが、6mA以上
では200mA程度の範囲まで容易に10Ω以下のオン
抵抗にできる。
レイン間通電電流が比較的低電流領域ではソース・ドレ
イン間の電圧に線形的に依存するので、A−に間の通電
電流もA−に間電圧に線形的に依存する。この場合のA
−に間抵抗はMOS−FETのチャネル抵抗と抵抗4と
を加算した値にほぼ等しい。オン信号が大きくなりMO
S−FETのソース・ドレイン間電流が増大し抵抗4の
両端の電圧がサイリスタlのbuildup電圧(約0
.6V)以上になるとサイリスタ1がオンする。例えば
抵抗4を100Ωとした場合約6mAの電流がMOS−
FET3から供給されるとサイリスタはオンする。一般
にサイリスタのオン抵抗は同程度の素子面積のMOS−
FETに比べて著しく小さいので、大電流域ではもっば
ら電流はサイリスタ側を流れA−に間のオン抵抗は小さ
くなる。例えば4mA通電時のオン抵抗は少なくとも抵
抗4以上すなわち100Ω以上と大きいが、6mA以上
では200mA程度の範囲まで容易に10Ω以下のオン
抵抗にできる。
一方、オン信号電位よりもサイリスタのアノード電位が
低い場合はnチャネルMOS−FET5がオンし抵抗3
を介して線形の電圧依存性をもつtIl流が流れる。オ
ン信号電位がサイリスタのアノード電位より低く、カソ
ード電位より高い中間状態ではPan両MO5−FET
がオンされる場合があるが、やはり線形の電圧依存性を
もつ電流が流れる。いずれにしてもこれらの電流により
抵抗4の電圧が0.6V以上となるとサイリスタがオン
するのでサイリスタの電位がフローテング状態にあって
も確実にオン駆動できる。
低い場合はnチャネルMOS−FET5がオンし抵抗3
を介して線形の電圧依存性をもつtIl流が流れる。オ
ン信号電位がサイリスタのアノード電位より低く、カソ
ード電位より高い中間状態ではPan両MO5−FET
がオンされる場合があるが、やはり線形の電圧依存性を
もつ電流が流れる。いずれにしてもこれらの電流により
抵抗4の電圧が0.6V以上となるとサイリスタがオン
するのでサイリスタの電位がフローテング状態にあって
も確実にオン駆動できる。
サイリスタとG端子間はMOS−FET3及び5のゲー
ト酸化膜が絶縁されているのでゲート絶縁破壊電圧に相
当する高い且つ良好な絶縁状態を実現できる。−例をあ
げるとMOS−FETのしきい値電圧を約3Vにした場
合、そのゲート絶縁破壊電圧すなわちサイリスタとG端
子間の絶縁耐圧を容易に500V程度にでき、且つサイ
リスタとG端子間のリーク電流も容易に10−”A以下
にできる。
ト酸化膜が絶縁されているのでゲート絶縁破壊電圧に相
当する高い且つ良好な絶縁状態を実現できる。−例をあ
げるとMOS−FETのしきい値電圧を約3Vにした場
合、そのゲート絶縁破壊電圧すなわちサイリスタとG端
子間の絶縁耐圧を容易に500V程度にでき、且つサイ
リスタとG端子間のリーク電流も容易に10−”A以下
にできる。
本実施例の場合バイポーラ素子がサイリスタなので一度
オンするとオン信号がなくなってもオン状態を維持する
自己保持機能を有する。
オンするとオン信号がなくなってもオン状態を維持する
自己保持機能を有する。
また本実施例は基本構成素子が従来例に比べ少なく、且
つ主出力部がサイリスタなので大電流域での小さいオン
抵抗をMOS−FETよりも小さい面積で実現できる上
に、従来例のような大面積を要する容量が不要なのでI
C化した場合の開示例では400V、100mA級の半
導体装置を実現するのにLonm”以上のチップ占有面
積を必要としたが本実施例の場合2m2以下のチップ占
有面積で実現できる。更に容量結合でな(MOS−FE
Tのゲート酸化膜で結合しているので直流バイアス信号
を駆動できる。
つ主出力部がサイリスタなので大電流域での小さいオン
抵抗をMOS−FETよりも小さい面積で実現できる上
に、従来例のような大面積を要する容量が不要なのでI
C化した場合の開示例では400V、100mA級の半
導体装置を実現するのにLonm”以上のチップ占有面
積を必要としたが本実施例の場合2m2以下のチップ占
有面積で実現できる。更に容量結合でな(MOS−FE
Tのゲート酸化膜で結合しているので直流バイアス信号
を駆動できる。
第2図に、本発明の他の実施例の高耐圧半導体スイッチ
の概念構成図を示す。本実施例は、バイポーラ素子とし
てnpnトランジスタ2を用い、コレクタ接合にp”n
両チャネルMO8−FET3.5を並列に接続し、エミ
ッタ接合に抵抗4を接続している。本実施例の基本動作
機構は前記実施例と同様なので説明は省略する。このよ
うにした場合バイポーラ素子がトランジスタなのでG端
子のオン信号の有無によりA−に間をオン・オフできる
という特徴を有する。
の概念構成図を示す。本実施例は、バイポーラ素子とし
てnpnトランジスタ2を用い、コレクタ接合にp”n
両チャネルMO8−FET3.5を並列に接続し、エミ
ッタ接合に抵抗4を接続している。本実施例の基本動作
機構は前記実施例と同様なので説明は省略する。このよ
うにした場合バイポーラ素子がトランジスタなのでG端
子のオン信号の有無によりA−に間をオン・オフできる
という特徴を有する。
また、大電流域でのオン抵抗はサイリスタより大きくな
るが、MOS−FETに比べるとより小さなチップ占有
面積で同等以下の低いオン抵抗を実現できる。
るが、MOS−FETに比べるとより小さなチップ占有
面積で同等以下の低いオン抵抗を実現できる。
以上説明したように各実施例に基づき本発明の詳細とそ
の効果を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、実施例と逆並列に接続して双方向性
スイッチング素子とすること、第↓図実施例においてp
”n両チャネルMO3−FETをnpnトランジスタ部
と並列に接続し且つ抵抗をPp nn接合と並列に接
続すること等の各種の変形・応用が可能なことは当業者
には自明である。
の効果を説明したが、本発明はこれらの実施例に限定さ
れるものではなく、実施例と逆並列に接続して双方向性
スイッチング素子とすること、第↓図実施例においてp
”n両チャネルMO3−FETをnpnトランジスタ部
と並列に接続し且つ抵抗をPp nn接合と並列に接
続すること等の各種の変形・応用が可能なことは当業者
には自明である。
以上説明したことから明らかなように、本発明による高
耐圧半導体スイッチによれば、バイポーラ素子がゲート
を連結したp”n両チャネルMO3−FETでトリガさ
れるので入出力間が電気的に絶縁でき且つ出力部がフロ
ーテング状態でも確実に駆動できる効果があり、さらに
低電流域ではMOS−FETと抵抗を介して通電できる
ので線形の電圧依存性を実現でき、大電流域ではバイポ
ーラ素子を介して通電できるので小さなチップ占有面積
で低いオン抵抗を達成でき電力損失を小さくできるとい
う効果を有するようになる。
耐圧半導体スイッチによれば、バイポーラ素子がゲート
を連結したp”n両チャネルMO3−FETでトリガさ
れるので入出力間が電気的に絶縁でき且つ出力部がフロ
ーテング状態でも確実に駆動できる効果があり、さらに
低電流域ではMOS−FETと抵抗を介して通電できる
ので線形の電圧依存性を実現でき、大電流域ではバイポ
ーラ素子を介して通電できるので小さなチップ占有面積
で低いオン抵抗を達成でき電力損失を小さくできるとい
う効果を有するようになる。
第1図は本発明による高耐圧半導体スイッチの一実施例
を示す構成図、第2図は本発明による高耐圧半導体スイ
ッチの他の実施例を示す構成図、第3図は従来の高耐圧
半導体スイッチの回路図である。 1・・・サイリスタ、2・・・バイポーラトランジスタ
、3・・・pチャネルMO5−FET、4・・・抵抗、
5− nチャネルMOS −F E T。
を示す構成図、第2図は本発明による高耐圧半導体スイ
ッチの他の実施例を示す構成図、第3図は従来の高耐圧
半導体スイッチの回路図である。 1・・・サイリスタ、2・・・バイポーラトランジスタ
、3・・・pチャネルMO5−FET、4・・・抵抗、
5− nチャネルMOS −F E T。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、順電圧印加時に主として順電圧を阻止する接合と逆
電圧印加時に主として逆電圧を阻止する接合とをそれぞ
れ少なくとも1ケ以上有し、それらの接合が直列に主端
子間に接続されてなるバイポーラ素子と、 前記逆電圧を阻止する接合の1つに並列接続された抵抗
と、 この抵抗が並列接続された接合を除く前記逆電圧を阻止
する接合と前記順電圧を阻止する接合との全体に並列接
続された主回路を有するp型MOSトランジスタおよび
n型MOSトランジスタとを含んでなり、 このp型MOSトランジスタとn型MOSトランジスタ
のゲートに共通の駆動信号を入力する構成の高耐圧半導
体スイッチ。 2、特許請求の範囲第1項において、 前記バイポーラ素子が、サイリスタであり、前記抵抗が
そのサイリスタのpベースとnエミッタ又はnベースと
pエミッタとの間に並列接続され、 前記p型MOSトランジスタおよびn型MOSトランジ
スタがそのサイリスタの前記抵抗が接続されたベースと
このベースと同一導電型のエミッタとの間に並列接続さ
れてなることを特徴とする高耐圧半導体スイッチ。 3、特許請求の範囲第1項において、 前記バイポーラ素子が、トランジスタであり、前記抵抗
がそのトランジスタのベースと一方の主電極との間に並
列接続され、 前記p型MOSトランジスタおよびn型MOSトランジ
スタがそのトランジスタのベースと他方の主電極との間
に並列接続されてなることを特徴とする高耐圧半導体ス
イッチ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33970490A JPH0611105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高耐圧半導体スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33970490A JPH0611105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高耐圧半導体スイッチ |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19325584A Division JPS6171718A (ja) | 1984-09-14 | 1984-09-14 | 高耐圧半導体スイツチ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03183210A true JPH03183210A (ja) | 1991-08-09 |
| JPH0611105B2 JPH0611105B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=18330018
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33970490A Expired - Lifetime JPH0611105B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 高耐圧半導体スイッチ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0611105B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124807A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 半導体リレー |
| JP2012124806A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 半導体リレー |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8940784B2 (en) | 2006-02-02 | 2015-01-27 | Syntarga B.V. | Water-soluble CC-1065 analogs and their conjugates |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP33970490A patent/JPH0611105B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012124807A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 半導体リレー |
| JP2012124806A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Panasonic Corp | 半導体リレー |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0611105B2 (ja) | 1994-02-09 |
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