JPH05243504A - 導通電力損失を最適化する集積ブリッジ・デバイス - Google Patents

導通電力損失を最適化する集積ブリッジ・デバイス

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JPH05243504A
JPH05243504A JP4315019A JP31501992A JPH05243504A JP H05243504 A JPH05243504 A JP H05243504A JP 4315019 A JP4315019 A JP 4315019A JP 31501992 A JP31501992 A JP 31501992A JP H05243504 A JPH05243504 A JP H05243504A
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JP
Japan
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transistor
region
regions
bridge device
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JP4315019A
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Mario Paparo
パパロ マリオ
Natale Aiello
アイエッロ ナターレ
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STMicroelectronics SRL
CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
STMicroelectronics lnc USA
Original Assignee
CORIMME Consorzio per Ricerca Sulla Microelettronica nel Mezzogiorno
SGS Thomson Microelectronics SRL
SGS Thomson Microelectronics Inc
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Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/02Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12Conversion of AC power input into DC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
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    • HELECTRICITY
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    • H10D84/00Integrated devices formed in or on semiconductor substrates that comprise only semiconducting layers, e.g. on Si wafers or on GaAs-on-Si wafers
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    • HELECTRICITY
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】大電流動作する半導体材料の単一板上にモノリ
シック状に集積され、丈夫で高い変換効率のグレッツ・
ブリッジ・デバイスを提供する。 【構成】各アームは、正電位の出力端子K1に接続され
たN+ 型基板3と、N - 及びN型エピタキシャル層4,
19と、エピタキシャル層4,9内に含まれていて、そ
の中に、負電位の出力端子A1に接続されるP型領域
9;10を持つN型領域7;8を含むP, P+ 型領域
5,45;6,46とによって形成されている。第1及
び第2のアーム1,2に属するP, P + 型領域5,4
5;6,46間には、P, P+ 型領域5,45;6,4
6間に置かれた寄生トランジスタTP1a,TP1bの
電流利得を最小にできる第1のN++型領域11;12
と、それら寄生トランジスタTP1a,TP1bの残留
損失電流をそれぞれ回収するP及びP+ 型の第2の領域
13,14とが設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、導通電力損失を最適
化する集積ブリッジ・デバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】電気的信号を交流から直流へと変換する
ときには一般に、各々が直列にある2つのダイオード接
続されたトランジスタを含む2つのアームつまり半ブリ
ッジからなるグレッツ・ブリッジ整流器が使用される。
この回路の有り得る応用の1つは、例えば、加入者電話
器の電子回路と2−ワイヤ電話線との間に接続を作るこ
とである。
【0003】この回路は普通に使用されているけれど
も、従来の集積技術を使用して、適当な変換効率を持っ
て、単体のシリコン板上にそれを構成することは今迄で
きなかった。集積回路の形態において構成される場合、
そのブリッジの2つのアーム間には、かなりの電力損失
を生じさせる寄生トランジスタが形成される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、大
きな電流において動作する半導体材料の単一の板上にモ
ノリシック状に集積され、丈夫でしかも高い変換効率を
持つグレッツ・ブリッジ・デバイスを提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明によると、この目
的は、各々が直列にある第1及び第2のダイオード接続
されたトランジスタで形成された少なくとも2つのアー
ムを有する集積ブリッジ・デバイスにおいて、それら
が、正電位の出力端子を形成しているN+ 型基板と、N
- 及びN型エピタキシャル層と、前述のアームの各々に
対するもので、前記エピタキシャル層に構成され、それ
らの中に、負電位の出力端子を形成しているP型領域を
含むN型領域を有するP及びP+ 領域とで形成されてい
る。前記P及びP+ 領域間に形成された寄生トランジス
タの電流利得を最小にできる第1のN++領域が前記第1
及び第2のアームに属する前記P, P+ 領域間に設けら
れていることを特徴とする集積ブリッジ・デバイスによ
って達成される。
【0006】前記P, P+ 領域間には、前記寄生トラン
ジスタの残留損失電流を回収するためのP及びP+ 領域
の第2の領域が設けられる。この様に、ブリッジの第1
及び第2のアームのP, P+ 型領域間に形成される寄生
トランジスタの影響は集積されるモノリシック構造の作
用によって減少される。特に、ブリッジの2つのアーム
を形成するダイオード・トランジスタを横切っての電圧
降下及び消散電力は減少されることになる。この発明の
特徴は、添付図面に非限定的例として例示されている実
際的実施例から一層明瞭になろう。
【0007】
【実施例】図1には、正電位の出力端子K1を形成する
+ 型基板3と、N- 型エピタキシャル層4と、N型表
面エピタキシャル層19と、そしてブリッジの2つのア
ーム1, 2の各々に対するもので、それらエピタキシャ
ル層4, 19に形成されるP型領域5, 6とから成るグ
レッツ・ブリッジ整流器回路の集積バイポーラ構成が例
示されている。領域5, 6内には、領域5及び6とそれ
ぞれ短絡 (明示されていない) されているN型の領域
7, 8が設けられ、その領域7, 8内にはP型領域9,
10が設けられている。
【0008】領域9は、アーム1の第1のトランジスタ
T11のエミッタを表わし、それは、短絡領域5及び7
の作用を通してT11により形成される等価ダイオード
のアノードに対応している。また、領域5及び7はトラ
ンジスタT11のコレクタ及びベースを形成すると共
に、前述の等価ダイオードのカソードを形成している。
また、領域5はアーム1の第2のトランジスタT12の
ベースを形成し、それは、トランジスタT12のベース
及びエミッタを形成している短絡領域5及び7の作用に
よってT12から構成される等価ダイオードのアノード
に対応している。トランジスタT12のコレクタ、つま
り、前述の等価ダイオードのカソードは、領域3, 4に
より形成されている。
【0009】領域10はアーム2の第1のトランジスタ
T21のエミッタを表わし、それは、短絡領域6及び8
の作用によりT21から構成される等価ダイオードのア
ノードに対応している。また、領域6及び8はトランジ
スタT21のコレクタ及びベースを形成するとともに、
前述の等価ダイオードのカソードを形成している。領域
6はアーム2の第2のトランジスタT22のベースを表
わし、短絡領域6及び8の作用によりT22から形成さ
れる等価ダイオードのアノードに対応している。更に、
領域6及び8はトランジスタT22のベース及びエミッ
タを形成している。トランジスタT22のコレクタ、つ
まり、前述の等価ダイオードのカソードは領域3, 4に
より形成されている。
【0010】図1での集積構造の等価の電気的回路は、
図2から見られるように、各々が第1及び第2のトラン
ジスタ、つまり、アーム1に対するT11及びT12そ
してアーム2に対するT21及びT22からなる2つの
アームつまり半ブリッジ1,2を含んでいる。第1及び
第2のアーム1, 2のトランジスタT11, T21はダ
イオード接続されたPNP型バイポーラ・トランジスタ
であって、図1での集積構造に本来的な対応する抵抗R
3, R4によって一緒に接続されるベース及びコレクタ
を持っている。トランジスタT11, T21のエミッタ
は共に負電位の出力端子A1に接続され、それらのコレ
クタは、回路結節N1, N2において、第1及び第2の
アームの第2のトランジスタT12, T22のエミッタ
に接続されている。トランジスタT12, T22はダイ
オード接続されたNPN型バイポーラ・トランジスタで
あって、図1での集積構造にとって本来的な対応する抵
抗R1, R2によって一緒に接続されるベース及びエミ
ッタを持っている。第2のトランジスタT12, T22
のコレクタは正電位の出力端子K1に接続されている。
【0011】図1におけるようにモノリシック集積回路
の形態におけるブリッジ・デバイスの実施例では、第1
の寄生トランジスタTP1a, TP1b及び第2の寄生
トランジスタTP12, TP22が形成されている。第
1の寄生トランジスタTP1a, TP1bはラテラルP
NP型バイポーラ・トランジスタであり、第2の寄生ト
ランジスタTP12, TP22はラテロバーチカルPN
P型バイポーラ・トランジスタである。
【0012】トランジスタTP1a, TP1bのベース
は、エピタキシャル層と、領域5及び6間に位置された
領域19とによりそれぞれ形成され、トランジスタTP
1aのエミッタ及びTP1bのコレクタは領域5に形成
され、トランジスタTP1aのコレクタ及びトランジス
タTP1bのエミッタは領域6に形成されている。第2
の寄生トランジスタTP12, TP22のベースは領域
7, 8にそれぞれ形成され、そのエミッタは領域9, 1
0に形成され、そのコレクタは領域5, 6に形成されて
いる。
【0013】図2での回路図に戻って、寄生トランジス
タTP1a, TP1bのベースは一緒になって、正電位
の出力端子K1に接続されている。寄生トランジスタT
P1aのコレクタは寄生トランジスタTP1bのエミッ
タ及びアーム1のトランジスタT12のベースに接続さ
れている。寄生トランジスタTP1aのエミッタは寄生
トランジスタTP1bのコレクタ及びアーム2のトラン
ジスタT22のベースに接続されている。
【0014】寄生トランジスタTP12, TP22のエ
ミッタは負電位の出力端子A1に接続され、それらのコ
レクタはトランジスタT12, T22のベースにそれぞ
れ接続され、それらのベースは、トランジスタT11の
コレクタとトランジスタT12のエミッタとの間の中間
結節N1と、トランジスタT21のコレクタとトランジ
スタT22のエミッタとの間の結節N2とにそれぞれ接
続され、そして結節N1及びN2は交流入力A3, A4
にそれぞれ接続されている。
【0015】ダイオード接続されたトランジスタT1
2, T21が導通している間 (端子A3における電圧V
A3は端子A4での電圧VA4よりもはるかに大きい)
、導通損失の原因である主要因としては、入力発生器
からの電流を再循環させる寄生コンポーネントTP1b
と、トランジスタT22を作動させて、利用できる出力
電流を減少させるTP22とが挙げられる。
【0016】供給電位が反転されると (すなわち、VA
4がVA3よりもはるかに大きいとき) 、上述したのと
類似した状況が、寄生コンポーネントTP1a及びTP
12が対応的に作動される形態において生じる。こうし
た不都合を克服するために、図3に例示されている本発
明によるデバイスの集積された実施例は、図1を参照し
て既に記述された領域の外に、エピタキシャル層19及
び4内で、領域5, 6と対応する垂直フランク45, 4
6との間に、第1の寄生トランジスタTP1a, TP1
bの電流利得を最小にする第1のN++型領域11, 12
と、寄生トランジスタTP1a, TP1bから残留損失
電流を回収し、それらを高い電位出力K1へ入力する第
2のP及びP+ 型領域13, 14とを持っている。
【0017】領域7内には、P型領域15とN+ 型領域
16とが設けられている。領域8内には、P型領域17
とN+ 型領域18とが設けられている。領域15は、寄
生トランジスタTP12のラテラル効果を最小にするよ
うに、トランジスタT12のベースに一致した領域5,
45と、T12により与えられる等価ダイオードのアノ
ードとへ通過される電流を減少させることができる。
【0018】領域17は、寄生トランジスタTP22の
ラテラル効果を最小にするように、トランジスタT22
のベースと一致した領域6, 46と、T21により与え
られる等価ダイオードのアノードとへ通過される電流を
減少させることができる。寄生トランジスタTP12及
びTP22のバーチカル効果は、寄生抵抗R1及びR2
の影響を減少させるように、領域5, 6を一層重厚にド
ープすることによって減少される。
【0019】デバイスの表面は金属接続を与える領域の
外側で酸化物32でもっておおわれている。特に、そこ
には、領域11, 12, 14を正電位の端子K1に接続
する金属接続31と、すべての領域45, 15, 16を
入力A3に接続する金属接続33と、すべての領域4
6, 17, 18を入力A4に接続する金属コネクタ34
と、そして領域9, 10を負電位の出力端子A1に接続
する金属コネクタ35, 36とがある。
【0020】図4は、寄生トランジスタTP22, TP
12の利得の垂直成分を減少するように、領域16, 1
8が水平層20, 21において深く延在している点で図
3から異なっている。前記利得のラテラル成分は領域1
6, 18によって減少される。領域9, 10内には、ダ
イオード接続されたトランジスタT11, T21の変換
効率を改善する領域22, 23が設けられている。
【0021】領域22と、領域9, 7と、領域20と
は、ダイオード接続されたトランジスタT11のスイッ
チング速度を増大させることのできるNPN型垂直流ト
ランジスタのエミッタ、ベース及びコレクタ接合部を形
成している。これと同じことは、ダイオード接続された
トランジスタT21に関して、領域10, 8及び21と
一緒の領域23についても云える。
【0022】また、金属コネクタ35, 36は領域2
2, 23を負電位の端子A1に接続している。図5は本
発明によるデバイスの混合されたバイポーラMOS集積
構造を示している。図6に例示されている等価の電気的
回路は垂直電流MOSトランジスタM11, M21が設
けられ、そして隔絶されたドレインがバイポーラ・トラ
ンジスタT11, T12と置換している点において、図
2のものから本質的に異なっている。
【0023】トランジスタM11, M21は、M11又
はM21をそれぞれ導通させて、インバータ回路の入力
電圧における差VA3−VA4を測定する周知の技術を
使用したパイロット及びドライバ装置D1からじかに及
びインバータI1を通して、それぞれのゲートにおいて
制御される。トランジスタM11, M21のソースは出
力A1に接続され、それらのドレインはトランジスタT
12, T22のエミッタに接続されている。
【0024】図5におけるモノリシック集積構造での寄
生トランジスタは、図6での等価の電気的回路図で、T
P1a, TP1b, TP12, TP22として示されて
おり、それらの影響は前述の技術によって減少される。
トランジスタTP1bのエミッタは、一方では、トラン
ジスタTP1aのコレクタに接続され、他方では、本来
的抵抗R5, R6を通して、寄生トランジスタTP12
のコレクタ及びベースにそれぞれ接続されている。
【0025】トランジスタTP1bのコレクタは、一方
では、トランジスタTP1aのエミッタに接続され、他
方では、本来的抵抗R7, R8を通して、寄生トランジ
スタTP22のベース及びコレクタにそれぞれ接続され
ている。この集積構造において、対応するMOS M1
1, M21のソースとドレインとの間には、ダイオード
接続されたバイポーラ寄生トランジスタTP13, TP
14が置かれている。寄生トランジスタTP13, TP
14により形成された等価ダイオードのアノードはMO
S M11, M21のソースに接続され、それらのカソ
ードは前記MOSのドレインに接続されている。
【0026】図5を参照するに、これは、そこにMOS
M11, M21及び寄生トランジスタTP13, TP
14に対応する領域があり、領域22, 23がない点に
おいて、図4から異なっている。MOS 11は、本体を
形成している領域9内に含まれたN+ 型ソース領域24
によって形成されている。
【0027】ドレインは弱くドープされた領域25及び
重厚にドープされた領域20により形成されている。ゲ
ートは絶縁体に埋め込まれた領域27である。ゲート電
極はG1により示されている。MOS 21は本体を形成
している領域10内に置かれているN+ 型ソース領域2
6により形成されている。
【0028】ドレインは弱くドープされた領域30及び
重厚にドープされた領域21で形成されている。ゲート
は絶縁体に埋め込まれた領域28であり、ゲート電極は
G2によって示されている。領域9, 12は、寄生トラ
ンジスタTP13のエミッタ及びコレクタに接続された
ベースを表わしている。
【0029】領域10, 21は寄生トランジスタTP1
4のエミッタ及びコレクタに接続されるベースを表わし
ている。金属コネクタ33, 34, 35, 36に代わっ
て、そこには、すべての領域45, 16及び46, 18
を対応する入力A3, A4に接続する金属コネクタ3
7, 38と、すべての領域9, 24及び10, 26を負
電位の端子A1に接続する金属コネクタ39, 40とが
ある。
【0030】この回路において、トランジスタM11,
M21と連動されていて、導通しているときの低いドレ
イン−ソース抵抗はダイオード接続されたトランジスタ
TP13,TP14の接合部での電圧の猛烈な減少を生
じさせる。寄生トランジスタTP12, TP22の影響
は、それがMOSを形成している前記構造により大きく
減少されるので、考慮していない。
【0031】デバイスの駆動はM11及びM21の同時
的導通を避けるのに適切であるので、図2での構成にお
けるTP12, TP22による変換効率損失は減少さ
れ、かくして、そのシステムは非同期検出器を形成して
いる。ゲートG1, G2に対する駆動減圧は端子K1上
で利用できるものよりも小さいために、駆動回路D1は
別な供給電圧を必要としない。
【0032】すべての実施例で、本発明が関係する構造
は多相回路においても使用でき、従って、ブリッジのア
ームは1の最小値からNまで変えることができる。最大
の変換可能な電力及び、集積できるユニットアームの全
数は、使用される板の寸法と関連している。もしも所望
ならば、同じモノリシック構造は、基板3の電位よりも
大きくない電位に接続される5, 45のような1つ又は
それ以上の別なP, P+ 型領域を含むこともできる。ブ
リッジの2つのアームに対する制御駆動装置の1つ又は
それ以上のコンポーネントは前記別な領域に収容されて
いる。
【図面の簡単な説明】
【図1】グレッツ・ブリッジ・デバイスの集積されたバ
イポーラ構成例を示している。
【図2】図1でのバイポーラ構成の等値回路図を示して
いる。
【図3】本発明によるグレッツ・ブリッジ・デバイスの
バイポーラ集積構成例を示している。
【図4】図3におけるものに対する代替物としての本発
明によるデバイスの別な集積構成例を示している。
【図5】本発明によるデバイスの混合されたバイポーラ
−MOS集積構成例を示している。
【図6】図5における混合されたバイポーラ−MOS構
成の等価回路図を示している。
【符号の説明】
1, 2 アーム 3 N+ 型基板 4 N- 型エピタキシャル層 5, 6 P+ 型領域 7, 8 N型領域 9, 10 P型領域 11, 12 N++型領域 19 N型エピタキ
シャル層 45, 46 P+ 型領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マリオ パパロ イタリア共和国、95037 サン ジォバン ニ ラ プンタ(カターニア)、ヴィア グラッシ、1 (72)発明者 ナターレ アイエッロ イタリア共和国、95123 カターニア、ヴ ィア デイ ピッチオーニ、23−パル ア

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 各々が直列にダイオード接続された第1
    及び第2のトランジスタで形成される少なくとも2つの
    アームを有する集積ブリッジ・デバイスであって、正電
    位の出力端子 (K1) を形成しているN+ 型基板 (3)
    と、N- 型エピタキシャル層 (4) と、N型エピタキシ
    ャル層 (19) と、前記アームの各々にあって、前記エ
    ピタキシャル層 (4, 19) に形成されていて、負荷電
    位の出力端子 (A1) を形成するP型領域 (9, 10)
    を持つN型領域 (7, 8) を含んでいるP, P+ 型領域
    (5, 45;6, 46) とで形成されていて、前記P,
    + 型領域 (5, 45;6, 46) 間に形成している寄
    生トランジスタ (TP1a, TP1b) の電流利得を最
    小にする第1のN++型領域 (11, 12) は、第1及び
    第2のアーム (1, 2) に属している前記P, P+ 型領
    域 (5, 45;6, 46) 間に位置されていることを特
    徴とする集積ブリッジ・デバイス。
  2. 【請求項2】 前記P, P+ 領域 (5, 45;6, 4
    6) 間には、前記寄生トランジスタ (TP1a, TP1
    b) から残留損失電流をそれぞれ回収するP型及びP+
    型の第2の領域 (13, 14) が設けられていることを
    特徴とする請求項1の集積ブリッジ・デバイス。
  3. 【請求項3】 前記P, P+ 型領域 (5, 45;6, 4
    6) 内に含まれているN型領域 (7, 8) での2つのア
    ーム (1, 2) の各々に対しては、別な寄生トランジス
    タ (TP12;TP22) の影響を減少させるために、
    前記アーム (1;2) の第2のトランジスタ (T12;
    T22) のエミッタに接続れされたベースに一致して前
    記P, P+ 領域 (5, 45;6, 46) へと入力される
    電流を減少させることのできるP型領域 (15, 17)
    が設けられ、前記別な寄生トランジスタのベースはP+
    領域 (45, 46) 内に含まれたN型領域 (7;8) に
    形成され、そのコレクタはP+ 型領域 (45, 46) に
    形成され、そしてそのエミッタは負電位の出力端子 (A
    1) に接続されたP型領域 (9;10) に形成されてい
    ることを特徴とする請求項1の集積ブリッジ・デバイ
    ス。
  4. 【請求項4】 前記ブリッジの2つのアーム (1, 2)
    の各々のP型領域 (5;6) は付加的なドーピングを持
    っていて、その利得を減少させるとともに、前記2つの
    アーム (1, 2) の各々における第2のトランジスタ
    (T12;T22) のベースの分布抵抗を減少させてい
    ることを特徴とする請求項1の集積ブリッジ・デバイ
    ス。
  5. 【請求項5】 各アーム (1, 2) に対しては、前記
    P, P+ 型領域 (5,45;6, 46) とその上に横た
    わるN型領域 (7;8) に対しては、前記別な寄生トラ
    ンジスタ (TP12;TP22) の利得の垂直成分を減
    少させることのできるN+ 型領域 (20;21) が設け
    られ、前記N+ 型領域 (20;21) は前記別な寄生ト
    ランジスタ (TP12;TP22) の利得の側方成分を
    減少させることのできる1対のN++型領域 (16;1
    8) でその表面に延在していることを特徴とする請求項
    1の集積ブリッジ・デバイス。
  6. 【請求項6】 各アーム (1, 2) に対しては、負電位
    の出力端子 (A1)に接続されたP型領域 (9;10)
    内に、N+ 型領域 (22;23) が設けられ、前記領域
    (9, 22;10, 23) はその下に横たわるN+ 型領
    域 (20;21) と一緒になって、前記2つのアーム
    (T11, T21) の各々の前記第1のトランジスタの
    変換効率を改善できる垂直電流トランジスタのエミッ
    タ、ベース及びコレクタを表わしていることを特徴とす
    る請求項5の集積ブリッジ・デバイス。
  7. 【請求項7】 前記2つのアーム (1, 2) の各々の第
    1のトランジスタは垂直電流型のMOSトランジスタ
    (M11;M21) であり、前記MOSトランジスタ
    は、負電位の出力端子 (A1) に接続されたP型の本体
    領域 (9;10)に埋め込まれたN型の1対のソース領
    域 (24;26) から形成された隔絶せるドレインと、
    P, P+ 型領域 (5, 45;6, 46) の一方及び他方
    に含まれるN型及びN+ 型ドレイン領域 (25, 20;
    30, 21) とを含んでいることを特徴とする請求項1
    の集積ブリッジ・デバイス。
  8. 【請求項8】 前記アームの数は多相回路を形成するた
    めに選択し得ることを特徴とする請求項1の集積ブリッ
    ジ・デバイス。
  9. 【請求項9】 前記ブリッジの2つのアーム (1, 2)
    に対する制御兼駆動装置のコンポーネントを収容するた
    めに、前記エピタキシャル層 (4, 19) に形成されそ
    して前記基板 (3) の電位よりも大きくない電位に接続
    されたP, P + 型領域 (5, 45) を含んでいることを
    特徴とする請求項7の集積ブリッジ・デバイス。
JP4315019A 1991-11-25 1992-11-25 導通電力損失を最適化する集積ブリッジ・デバイス Pending JPH05243504A (ja)

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IT918305137 1991-11-25

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DE69126618T2 (de) 1998-01-08
EP0544048A1 (en) 1993-06-02
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