崩塌、以及允许基于II1-V半导体的半导体裸片支持在单个共同衬底上横向集成多个基于II1-V半导体的器件(例如，用作双向开关，或者其他用途)，以便向AC负载供电。耦合结构(例如配置用作基于ΙΙΙ-ν半导体的半导体裸片的内部或外部部件)用于确保基于II1-V半导体的半导体裸片的单个共同衬底耦合至最低可用电位(例如，至少部分地形成在II1-V半导体层内的基于II1-V半导体的双向开关的最低负载端子电位)。通过确保共同衬底至少近似处于与最低可用电位相同的电位处或附近(例如减去跨耦合结构的电压降)，即便最低电位位置改变，耦合结构通过重复地将基于111-7半导体的半导体裸片重新配置以将行进在基于m-V半导体的半导体裸片的导电沟道内的移动载流子排斥远离II1-V半导体层的陷阱从而防止了在ΙΙΙ-ν半导体层中电流崩塌。
[0040]例如，如果基于ΙΙΙ-ν半导体的半导体裸片配置作为具有用于为AC负载供电的两个负载端子的基于II1-V半导体的双向开关，跨双向开关的负载端子的电压的极性可以交替、并且使得最低电位的位置改变。换言之，双向开关的最低电位负载端子可以周期地在一个负载端子与另一个负载端子之间交替。耦合结构，或者通过其自身配置或者在受控于控制器时，自动地重新配置基于II1-V半导体的半导体裸片，以便:通过使得共同衬底从电耦合至之前的最低电位负载端子而切换至电耦合至当前最低电位负载端子，而针对最低点位负载端子的位置的改变而进行校正。
[0041]以如此方式，不论移动载流子在基于ΙΙΙ-ν半导体的半导体裸片的导电沟道内移动方向，耦合结构防止移动载流子被II1-V半导体层俘获。通过支持多个基于II1-V半导体的器件的集成、并且可操作在AC环境和DC环境两者之中，根据这些技术的基于II1-V半导体的半导体裸片可以用于之前无法使用基于II1-V半导体的半导体器件的各种HEMT类型和横向器件类型的应用。
[0042]图1 一图3是示出了根据本公开一个或多个方面的用于向AC负载4供电的示例性系统1A — 1C(共同称为“系统1”)的方框图。在图1 一图3所示每个示例中，系统1具有多个分隔并且不同的部件，然而每个系统1可以包括提供了在此所述系统1功能的附加的或更少的部件。
[0043]在图1 一图3中的每一个中，控制器单元5示出为是系统1的可选部件。控制器单元5可以经由链路9A - 9C(共同称为“链路9”)与系统1的各个部件交换信息，以控制系统1的各个部件。例如，AC开关6、AC电源2和AC负载4可以经由链路9而与控制器单元5交换信息。控制器单元5可以经由链路9B发送使得AC开关6断开或闭合的一个或多个命令或信号，以控制AC电源2与AC负载4之间的电能流动。控制器单元5可以经由链路9B接收指示在AC开关6处的电压和/或电流的信息。控制器单元5可以经由链路9A和9C与AC电源2和AC负载4交换信息，例如用于产生用于控制AC开关6的控制信号或命令。在一些示例中，控制器单元5可以与系统1的至少一部分部件电隔离。例如，控制器单元5可以与AC电源2、AC负载4和/或AC开关6电隔离(例如借由嵌入在链路9中的一个或多个光耦合器或经由其他隔离技术)。
[0044]控制器单元5可以包括硬件、软件、固件的任何合适设置，或者其任意组合，以执行有助于控制器单元5在此诸如但不限于控制耦合结构或者驱动AC开关6的晶体管栅极的技术。例如，控制器单元5可以包括任意一个或多个驱动器、微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或任何其他集成或分立的逻辑电路，以及这些部件的任意组合。当控制器单元5包括软件或固件时，控制器单元5进一步包括用于存储并执行软件或固件的任何必要硬件，诸如一个或多个处理器或处理单元。通常，处理单元可以包括一个或多个微处理器、DSP、ASIC、FPGA或任何其他等价的集成或分立逻辑电路，以及这些部件的任意组合。
[0045]图1示出了系统1A，其经由AC开关6控制了在链路8和10之上在AC电源2和AC负载4之间行进的(单相)AC电流的流动。AC电源2和AC负载4经由中性(neutral)链路12而连接。
[0046]存在AC电源2的多个示例，并且可以包括但不限于AC电网、DC/AC电源转换器、变压器输出、工作在能量回收模式下的电动机、或者能够输出AC电压和/SAC电流以用于向AC负载4供电的任何其他形式AC电源。
[0047]存在AC负载4的多个示例，并且可以包括但不限于AC电网(例如，从风车、太阳能面板、或向AC电网提供能量的其他可再生能源，接收能量)、单独(island) AC电网(例如住宅家庭、远程区域家庭等)、AC电动机、变压器输入(例如50Hz隔离变压器等)或从诸如AC电源2的AC电源接收AC电压或AC电流的任何其他类型电子装置和/或电路。
[0048]通常，系统1A依赖于AC开关6操作作为中间装置，以便按照用于向AC负载4供电的方式来控制由AC电源2所提供电能的流动。AC开关6可以通过闭合在链路8和10之间的跨AC开关6两个负载端子的导线连接，而将AC负载4电耦合(例如连接)至AC电源
2。AC开关6可以通过断开跨AC开关6两个负载端子的导线连接，而将AC负载4从AC电源2去耦合(例如断开)。AC开关6可以包含在分隔的外壳中，并且因此与将AC电源2连接至AC负载4的中性链路12电隔离。在一些示例中，AC开关6是可以沿两个方向阻断和导通电流的一个或多个双向(例如“双边”)基于晶体管的开关和/或二极管。
[0049]图2示出了控制了行进在AC电源2和AC负载4之间的三相AC电流的流动的系统1B。不同于作为单相AC电源系统的系统1A，三相系统1B依赖于三相AC开关以控制能量在AC电源2和AC负载4之间的流动。AC开关6A-6C的每个都代表了图1的AC开关6的示例。AC开关6A-6C的每个控制了行进在AC电源2和AC负载4之间三相AC电流的各自一相的流动。例如，AC开关6A可以控制在链路8A和10A之上行进在AC电源2和AC负载4之间的AC电流的R相的流动。AC开关6B可以控制在链路8B和10B之上行进在AC电源2和AC负载4之间的AC电流的S相的流动。以及AC开关6C可以控制在链路8C和10C之上行进在AC电源2和AC负载4之间的AC电流的T相的流动。
[0050]系统1B包括可选的、连接了 AC电源2和AC负载4的中性链路12。换言之，一些三相应用可以包括中性链路12，而其他三相应用可以不包括。中性链路12与AC开关6A-6C的每个隔离。
[0051]系统1B中AC电源2代表了三相AC电源，并且AC负载4代表了三相AC负载。AC电源2的示例包括三相AC电网、在回收模式下的三相AC电动机，而AC负载4的示例包括三相AC电动机、三相AC电网等。
[0052]尽管图1和图2中并未具体示出，本领域技术人员将知晓的是，在一些国家(例如北美国家)中，图1和图2的AC电源2和AC负载4可以“导线间(line-to-line) ”地连接成两相AC设置，而不是三相或单相AC设置。换言之，其中AC电源2和AC负载4配置成两相AC设置的不例系统中，AC电源2和AC负载4可以由两个AC开关(例如AC开关6A和6B)而不是图2中所示三个AC开关6A-6C所分隔。
[0053]附加的，尽管图2中并未具体示出，本公开也认识到，存在一些三相AC电源应用(例如“矩阵转换器”)，需要比图2中所示的仅三个AC开关6A-6C更多的多于三个AC开关。例如，在矩阵转换器中，三相AC电源使用九个AC开关6连接至三相负载。
[0054]图3示出了通过依赖于电源转换器18而控制了行进在DC电源2和AC负载4之间AC电流的流动的系统1C。电源转换器18经由链路16A和16B耦合至DC电源2。电源转换器18经由链路10和12耦合至DC负载4。电源转换器18包括DC/AC转换器14以及耦合至DC/AC转换器14的输出的AC开关6。电源转换器18依赖于AC开关6，以通过断开或闭合在链路8和10之间的链路连接而将DC/AC转换器14的输出与AC负载4的输入连接和去连接。
[0055]AC开关6可以与链路12电隔离。在一些示例中，DC/AC转换器14具有单相输出。在其他示例中，DC/AC转换器14具有三相输出，其中多个AC开关可以用于将AC负载4与DC/AC转换器14的输出连接和去连接。
[0056]图4A和图4B是分别示出了 AC开关6D和6E的电路图，作为图1_图3中所示系统1的开关6中的任何的示例。例如，AC开关6D和6E的每个可以由系统1用于控制在AC电源2和AC负载4之间电能的流动。
[0057]AC开关6D和6E是双向阻断和导通开关的示例。也即，AC开关6D和6E的每个包括两个单向M0SFET型装置20A和20B，它们背对背(另外称作“反串联”)设置以形成配置作为双向开关的单个装置，以沿两个方向阻断和导通电流。通常，甚至当断开时，单向器件20A和20B的每个各自M0SFET的本征本体二极管也将总是导通沿一个方向流动的电流。通过如图4A和图4B中所示“反串联”地设置单向器件20A和20B，两个单向器件20A和20B的组合可以用于形成单个双向阻断和导通开关，其可以以如此方式控制以阻断和导通沿两个方向流动的电流。
[0058]例如，开关6D和6E每个可以被控制以便于传导从AC负载4流动至AC电源2的电流，并且可以被控制以便于传导从AC电源2流向AC负载4的电流。开关6D和6E可以每个被控制以便于阻断从AC负载4流向AC电源2的电流，并且可以被控制以便于阻断从AC电源2流向AC负载4的电流。
[0059]图4A示出了共用了“共同源极”的背对背或反串联地设置的AC开关6D的单向器件20A和20B。换言之，单向器件20A和20B的各自漏电极在AC开关6D的相对端部处，并且各自源电极在AC开关6D的中部的单个节点处耦合在一起。共同源极设置的一个优点是，单向器件20A和20B的两个栅极驱动电极可以连接至共用参考点21。以如此方式，共同源极设置可以允许单向器件20A和20B两者通过使用在参考点21处耦合至AC开关6D的(例如控制器单元5的)单个栅极驱动器而导通。换言之，AC开关6D可以经由链路9B耦合至控制了 AC开关6D栅极的控制器单元5的单个驱动器。
[0060]图4B示出了共用了“共同漏极”的背对背或反串联地设置的AC开关6D的单向器件20A和20B。换言之，单向器件20A和20B的各自源电极在AC开关6E的相对端部处，并且各自漏电极在AC开关6E的中部共用。在共同漏极配置中，需要两个分离栅极驱动器以控制单向器件20A和20B，因为不同于AC开关6D的情形，单向器件20A和20B的各自栅极电极的参考电位是分离的、并且并未在共同参考点处共用。AC开关6E可以经由链路9B的链路19A以及链路9B的链路19B，而耦合至控制了 AC开关6E栅极的控制器单元5的各自驱动器。
[0061]图4A和图4B中所示共同源极和共同漏极的反串联设置两者的一个缺点是，每个设置需要两个M0SFET (例如单向器件20A和20B)。依赖于两个M0SFET以执行单个双向阻断和导通开关的功能，与并未依赖于反串联设置的AC开关6的其他示例相比，这倍增了 AC开关6D和6E的成本、大小和RDSt)N(导通状态电阻)。
[0062]图5A-图5C是示出了示例性基于II1-V半导体的AC开关6F-6H的电路图，作为图1-图3中所示系统1的开关6的示例。例如，AC开关6F-6H的每个可以由系统1用于控制在AC电源2和AC负载4之前电能的流动。类似于图4A和图4B的AC开关6D和6E，AC开关6F-6H的每个配置用作单个双向阻断和导通AC开关，其传导并且阻断电流沿两个相反方向两者的流动。
[0063]例如，开关6F-6H可以每个被控制以便于传导从AC负载4流向AC电源2的电流，并且可以被控制以便于传导从AC电源2流向AC负载4的电流。开关6F-6H可以每个被控制以便于阻断从AC负载4流向AC电源2的电流，并且可以被控制以便于阻断从AC电源2流向AC负载的电流。
[0064]图5A和图5B示出了每个具有两个II1-V半导体HEMT器件22A和22B的AC开关6F和6G。不同于类似AC开关6D和6E反串联地连接两个单向M0SFET型器件，AC开关6F和6G依赖于II1-V半导体HEMT器件22A和22B的反串联设置，以执行电流的双向阻断和传导。
[0065]图5A示出了具有采用共同源极的反串联设置的II1-V半导体HEMT开关器件22A和22B的AC开关6F。AC开关6F可以经由链路9B耦合至控制了 AC开关6F栅极的控制器单元5的单个驱动器。
[0066]图5B示出了具有采用共同漏极的反串联设置的II1-V半导体HEMT开关器件22A和22B的AC开关6G。AC开关6G可以经由链路9B的链路19A和链路9B的链路19B而耦合至控制了 AC开关6G栅极的控制器单元5的各自驱动器。
[0067]对于AC开关6F和6G的每个，II1-V半导体HEMT开关器件22A和22B可以形成在分立半导体本体或裸片上，或者备选的，可以形成(例如使用单片集成技术)作为在共用了单个共同衬底的单个半导体本体或裸片上的横向器件。
[0068]图5C示出了作为配置用于从两个方向阻断和传导电流的单个II1-V半导体HEMT器件的AC开关6H。AC开关6H可以形成作为在共用了单个共同衬底的单个半导体本体或裸片上的横向器件。AC开关6H是“真双向开关”设置，并且仅需要单个器件。在图5C的示例中，AC开关6H配置作为单片集成双向开关，其中两个晶体管共用了有源器件区域的一部分。AC开关6H包括两个负载端子130A和130B以及两个栅极电极以用于控制电流流动。形成了开关6H的两个晶体管22C和22D共用了共同漂移区域以沿两个方向阻断和传导电流。AC开关6H可以经由链路9B的19A和链路9B的19B而耦合至控制了 AC开关6H的双栅极的控制器单元5的各自驱动器。