功率半导体器件中的电流测量制造技术

技术编号:15722474 阅读:242 留言:0更新日期:2017-06-29 05:01
本发明专利技术涉及功率半导体器件中的电流测量。一种半导体器件(1),包括:第一负载端子(11)、第二负载端子(12)和耦合到第一负载端子(11)和第二负载端子(12)的半导体本体(10),其中,半导体本体(10)被配置成沿着第一负载端子(11)和第二负载端子(12)之间的负载电流路径传导负载电流。半导体器件(1)还包括:控制电极(131),与半导体本体(10)电绝缘并且被配置成控制负载电流路径的一部分;以及电浮动传感器电极(132),布置成与所述控制电极(131)相邻,其中,传感器电极(132)与半导体本体(10)和控制电极(131)中的每个电绝缘并且电容性耦合到负载电流路径。

【技术实现步骤摘要】
功率半导体器件中的电流测量
本说明书涉及半导体器件的实施例、电路布置的实施例和控制半导体器件的方法的实施例。特别地,本说明书涉及诸如基于MOS的功率半导体器件的功率半导体器件中的电流测量,例如涉及功率半导体器件中的电容性电流测量。
技术介绍
在机动车、消费者和工业应用中的现代设备的许多功能(诸如,转换电能和驱动电动机或电机)依赖半导体器件。例如,绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和二极管(仅举几例)已经用于各种应用,包括但不限于电源和电源转换器中的开关。半导体器件通常被设计成在额定条件下连续操作,根据该额定条件,例如,负载电流正常在大于预定时间段内不会超过额定值。偶尔,半导体器件可能仍然经受显著高于额定负载电流的过载电流。例如,这种过载电流的原因可能是电源的部件和负载中的至少一个中的短路。尽管半导体器件可以不被设计成在过载状态下连续操作,但是可能要求半导体器件能够在一段时间内承受过载电流,而不遭受任何损害。然而,为了避免由于长期过载情形而引起对半导体器件的损害,已知的是,测量实际负载电流并且响应于检测到实际负载电流超过额定值而适应半导体器件的控制。
技术实现思路
根据实施例,半导体器件包括第一负载端子、第二负载端子和耦合到第一负载端子和第二负载端子的半导体本体,其中该半导体本体被配置成沿着第一负载端子和第二负载端子之间的负载电流路径而传导负载电流。该半导体器件还包括控制电极,该控制电极与半导体本体电绝缘并且被配置成控制负载电流路径的一部分;以及电浮动传感器电极,布置成与控制电极相邻,其中传感器电极与半导体本体和控制电极中的每个电绝缘并且电容性耦合到负载电流路径。根据另一实施例,电路布置包括半导体器件、驱动器和评估单元。半导体器件包括第一负载端子、第二负载端子和耦合到第一负载端子和第二负载端子的半导体本体,其中该半导体本体被配置成沿着第一负载端子和第二负载端子之间的负载电流路径而传导负载电流;控制电极,该控制电极与半导体本体电绝缘并且被配置成控制负载电流路径;和电浮动传感器电极,其中传感器电极与半导体本体和控制电极中的每个电绝缘并且电容性耦合到负载电流路径。驱动器包括电耦合到控制电极的控制信号输出。评估单元包括传感器信号输入,该传感器信号输入电耦合到传感器电极并且被配置成从传感器电极接收传感器信号。根据又一实施例,介绍了一种控制半导体器件的方法。半导体器件具有半导体本体,该半导体本体被配置成在导通状态和阻断状态中的每个状态下操作,在导通状态期间,负载电流在半导体器件的第一负载端子和第二负载端子之间的负载电流路径中传导,在阻断状态期间阻断施加在第一负载端子和第二负载端子之间的电压并且防止负载电流流动。该方法包括:借助于控制单元将控制信号输出至半导体器件的控制电极,以用于将半导体器件设定在导通状态和阻断状态之一;从电浮动传感器电极(其与半导体本体和控制电极中的每个电绝缘并且电容性耦合到负载电流路径)接收传感器信号,该传感器信号指示由半导体本体传导的负载电流的大小;借助于评估单元在第一时间间隔内将接收到的传感器信号与第一阈值范围进行比较;根据比较确定结果信号;以及将结果信号输出至控制单元。所述输出包括:输出结果信号,使得如果在第一时间间隔期间传感器信号在第一阈值范围之外则结果信号指示半导体器件的第一操作状态;以及输出结果信号,使得如果传感器信号在第一阈值范围内则结果信号指示半导体器件的第二操作状态。本领域的技术人员在阅读以下详细描述时以及在查看附图时将认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的部分不一定是成比例的,而是重点放在说明本专利技术的原理。而且,在附图中相同的参考数字指定对应的部分。在附图中:图1示意性地图示了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直横截面的区段;图2示意性地图示了根据一个或多个实施例的半导体器件的竖直横截面的区段;图3示意性地图示了关于根据一个或多个实施例的半导体器件的透视图的区段;图4示意性地图示了关于根据一个或多个实施例的半导体器件的透视图的区段;图5示意性地图示了根据一个或多个实施例的电路布置的框图的区段;图6示意性地图示了根据一个或多个实施例的电路布置的一些方面的图的区段;图7A-7B均示意性地图示了根据一个或多个实施例的电路布置的一些方面的图的区段;图8示意性地图示了根据一个或多个实施例的控制半导体器件的方法的流程图的区段;以及图9示意性地图示了根据一个或多个实施例的半导体器件的示例性表示。具体实施方式在以下详细描述中,参照附图,该附图形成本专利技术的一部分并且在附图中通过说明的方式示出其中可以实践本专利技术的具体实施例。在这点上,可以参照所描述的附图的取向使用方向术语,诸如,“顶”、“底”、“下”、“前”、“后”、“首”、“尾”、“下”、“上”等。因为可以以许多不同取向定位实施例的部件,所以方向术语用于说明的目的并且决不是限制的。要理解的是,在不脱离本专利技术的范围的情况下,可以利用其它实施例并且可以做出结构或逻辑改变。因此,以下详细描述不要以限制的意义进行理解,并且本专利技术的范围由所附的权利要求限定。现将详细参照各种实施例,各种实施例的一个或多个示例被图示在附图中。通过解释的方式提供每个示例,并且每个示例不意味着作为本专利技术的限制。例如,图示或描述为一个实施例的部分的特征可以被使用在其它实施例上或者与其它实施例结合使用以产生又一实施例。旨在本专利技术包括这种修改和变化。使用具体语言来对示例进行描述,该具体语言不应解释为限制所附权利要求的范围。附图不是成比例的,并且仅为了说明性目的。为了清楚起见,如果没有另外陈述,则相同的元素或制造步骤在不同附图中由相同的标记指定。如该说明书中使用的术语“水平的”旨在描述与半导体衬底的水平表面或半导体本体的水平表面基本上平行的取向。这可以是例如半导体晶片或管芯的表面。例如,以下提到的第一横向方向X和第二横向方向Y两者均可以是水平方向,其中第一横向方向X和第二横向方向Y可以彼此垂直。如该说明书中使用的术语“竖直的”旨在描述一种取向,该取向基本上布置成与水平表面垂直,即与半导体晶片的表面的法线方向平行。例如,以下提到的延伸方向Z可以是与第一横向方向X和第二横向方向Y两者垂直的竖直方向。在该说明书中,n掺杂被称为“第一导电类型”,而p掺杂被称为“第二导电类型”。可替换地,可以采用相反掺杂关系,使得第一导电类型可以是p掺杂的,并且第二导电类型可以是n掺杂的。另外,在该说明书内,术语“掺杂剂浓度”可以指代平均数的掺杂剂浓度,或者相应地指代平均掺杂剂浓度或特定半导体区或特定半导体区域(诸如沟槽内的半导体区)的表层电荷载流子浓度。因此,例如说明下述情况的陈述可以指示半导体区的相应平均掺杂剂浓度彼此不相同:特定半导体区呈现与另一半导体区的掺杂剂浓度相比更高或更低的某一掺杂剂浓度。在本说明书的上下文中,术语“处于欧姆接触”、“处于电接触”、“处于欧姆连接”和“电连接的”旨在描述半导体器件的两个区、区段、区域、部分或部件之间、或者一个或多个器件的不同端子之间、或者半导体的器件的部分或部件与端子或金属化部(metallization)或电极之间存在低欧姆电连接或低欧姆电流路径。另外,在本说明书的上下文中,术语“接触”旨在描述相应半导体器件本文档来自技高网...
功率半导体器件中的电流测量

【技术保护点】
一种半导体器件(1),包括第一负载端子(11)、第二负载端子(12)和耦合到所述第一负载端子(11)和所述第二负载端子(12)的半导体本体(10),其中所述半导体本体(10)被配置成沿着所述第一负载端子(11)和所述第二负载端子(12)之间的负载电流路径传导负载电流,所述半导体器件(1)还包括:‑ 控制电极(131),与所述半导体本体(10)电绝缘并且被配置成控制所述负载电流路径的一部分;以及‑ 电浮动传感器电极(132),布置成与所述控制电极(131)相邻,其中,所述传感器电极(132)与所述半导体本体(10)和所述控制电极(131)中的每个电绝缘,并且电容性耦合到所述负载电流路径。

【技术特征摘要】
2015.12.14 DE 102015121722.81.一种半导体器件(1),包括第一负载端子(11)、第二负载端子(12)和耦合到所述第一负载端子(11)和所述第二负载端子(12)的半导体本体(10),其中所述半导体本体(10)被配置成沿着所述第一负载端子(11)和所述第二负载端子(12)之间的负载电流路径传导负载电流,所述半导体器件(1)还包括:-控制电极(131),与所述半导体本体(10)电绝缘并且被配置成控制所述负载电流路径的一部分;以及-电浮动传感器电极(132),布置成与所述控制电极(131)相邻,其中,所述传感器电极(132)与所述半导体本体(10)和所述控制电极(131)中的每个电绝缘,并且电容性耦合到所述负载电流路径。2.根据权利要求1所述的半导体器件(1),其中,所述控制电极(131)和所述传感器电极(132)均呈现平面结构并且布置在所述半导体本体(10)的表面(10-1)之上。3.根据权利要求1所述的半导体器件(1),还包括沿着竖直方向(Z)延伸到所述半导体本体(10)中的沟槽(13),所述沟槽(13)包括所述控制电极(131)。4.根据权利要求3所述的半导体器件(1),其中,所述传感器电极(132)沿着竖直方向(Z)延伸至少直到所述控制电极(131)。5.根据权利要求4所述的半导体器件(1),其中,所述沟槽(13)包括所述传感器电极(132)和所述控制电极(131)中的每个。6.根据前述权利要求之一所述的半导体器件(1),还包括绝缘结构(133),所述绝缘结构(133)被配置成使所述控制电极(131)和所述传感器电极(132)中的每个与所述第一负载端子(11)和所述半导体本体(10)中的每个电绝缘。7.根据权利要求3至5和权利要求6之一所述的半导体器件(1),其中,所述绝缘结构(133)至少部分地被包括在所述沟槽(13)中,并且形成所述沟槽(13)的侧壁(138)和底部(139)。8.根据权利要求7所述的半导体器件(1),其中,所述沟槽侧壁(138)包括上部分和下部分,并且其中,所述绝缘结构(133)在所述下部分的厚度(d2)等于或小于所述绝缘结构(133)在所述上部分的厚度(d1)。9.根据前述权利要求6至8之一所述的半导体器件(1),其中,所述绝缘结构(133)使所述控制电极(131)与所述传感器电极(132)隔离。10.根据前述权利要求之一所述的半导体器件(1),其中,所述控制电极(131)与所述传感器电极(132)之间的距离(dY、dZ)总计小于3μm。11.根据前述权利要求之一所述的半导体器件(1),其中,所述传感器电极(132)被配置成提供传感器信号,所述传感器信号指示由半导体本体(10)经由所述负载电流路径传导的负载电流的大小。12.根据前述权利要求之一所述的半导体器件(1),其中,所述传感器电极(132)与所述半导体本体(10)的被所述负载电流路径穿过的至少一区段形成电容器(19)。13.根据权利要求6至9和权利要求12之一所述的半导体器件(1),其中-所述传感器电极(132)形成所述电容器(19)的第一电极(19-1);-所述半导体本体(10)的所述区段形成所述电容器(19)的第二电极(19-2);以及-所述绝缘结构(133)使所述第一电极(19-1)和所述第二电极(19-2)彼此电隔离。14.一种电路布置(3),包括半导体器件(1)、驱动器(31)和评估单元(33),其中:-所述半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员:J巴伦舍恩M比纳A毛德
申请(专利权)人:英飞凌科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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