晶体管器件制造技术

描述了包括双极晶体管(10)和单极晶体管(11)的晶体管器件。双极晶体管的阈值电压可以比单极晶体管高至少1V。

【技术实现步骤摘要】
晶体管器件
本申请涉及晶体管器件。
技术介绍
在许多应用中，使用晶体管器件。例如，晶体管器件可以用作电子电力应用中的开关。已经采用各种晶体管类型作为开关，例如，双极晶体管如双极结型晶体管(BJT)或绝缘栅双极晶体管(IGBT)、或单极晶体管如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。这样的晶体管和包括一个或更多个晶体管与可能的附加电路系统的相应晶体管器件可以以不同的设计来获得以支持各种电压和/或电流。许多电子电力应用在大部分时间内在部分负荷下操作，并且仅在部分时间内需要在最大负荷(例如最大电流或功率)下操作。这种应用的示例是开关模式电源(SMPS)，其中通常在约80％的操作时间期间，仅需要最大功率的20％或更少。尽管如此，这些器件必须设计为容许最大可能功率以防止故障。此外，对于更高的电压范围，例如高于1700V的电压，存在在全负荷和部分负荷之间切换的许多应用，例如用于太阳能或风力发电设备的转换器，或者在车辆的动力传动系中的应用，其中需要全负荷来启动发动机，而在正常驾驶期间，仅需要全功率的一部分。当在这样的应用中使用时，不同的晶体管类型可能具有不同的缺点和优点。例如，IGBT对于高电流是有利的，但是在部分负荷下通常经受相对低的效率。另一方面，如MOSFET那样的一些单极晶体管开关可能在全负荷下效率较低和/或可能需要大的芯片面积。特别是在过电流的情况下，双极晶体管(特别是IGBT)具有比MOSFET更好的性能。因此，目的是提供具有改进的过电流处理同时在部分负荷下例如低电流下仍然提供良好的能力的晶体管器件。
技术实现思路
根据一个实施方式，提供了一种晶体管器件，包括：耦接在第一端子与第二端子之间的单极晶体管，在第一端子与第二端子之间与单极晶体管并联耦接的双极晶体管，其中，双极晶体管被设计为：当流过晶体管器件的电流或控制单极晶体管与双极晶体管的控制电压中的至少一个超过预定阈值时，该双极晶体管承载所述电流中的大部分。根据另一实施方式，提供了一种晶体管器件，包括：耦接在第一端子与第二端子之间的单极晶体管，在第一端子与第二端子之间与单极晶体管并联耦接的双极晶体管，以及栅极控制电路系统，其中，控制电路系统被配置为仅在检测到过电流事件时接通双极晶体管。以上概述仅旨在简要概述一些实施方式的一些特征，而不应被解释为限制性的。附图说明图1是根据实施方式的晶体管器件的框图。图2A至图2C是示出根据各种实施方式的晶体管器件的电路图。图3是示出根据一些实施方式的晶体管器件中包括的晶体管的示例性特性曲线的图。图4是进一步示出示例性特性曲线的图。图5是示出浪涌电流事件的图。图6A和图6B是示出根据实施方式的控制晶体管器件的图。图7示出根据实施方式的用于控制晶体管器件的示例。图8A和图8B是示出根据一些实施方式的晶体管器件的电路图。图9是示出在一些实施方式中可使用的IGBT的阈值电压的图。图10A至图10D示出根据一些实施方式的绝缘栅双极晶体管的可切换单元。图11A和图11B示出在一些实施方式中可使用的绝缘栅双极晶体管的平面图。具体实施方式在下文中，将参照附图描述各种实施方式。应该注意的是，这些实施方式仅以示例的方式给出，并且不被解释为限制。例如，尽管实施方式可以被描述为包括许多特征或元件，但是在其他实施方式中，这些特征或元件中的一些可以被省略和/或可以被替选特征或元件替换。此外，除了明确示出和描述的特征和元件之外，可以提供如本领域技术人员已知的另外的特征或元件。来自不同实施方式的特征或元件可以彼此组合以形成另外的实施方式。关于这些实施方式中之一描述的变型或修改也可以应用于其他实施方式。在所讨论和描述的实施方式中，元件之间的任何直接电连接或耦接(即没有附加中间元件的连接或耦接)也可以通过间接连接或耦接(即包括一个或更多个额外中间元件的连接或耦接)来实现，反之亦然，只要连接或耦接的一般目的和操作(例如传输特定类型的信号或信息或提供特定类型的控制)基本上得以维持即可。以下将描述晶体管器件。本文使用的晶体管器件包括一个或更多个晶体管。晶体管可以是双极晶体管(例如使用n掺杂和p掺杂的有源区来实现)或者单极(基本上使用仅n型或仅p型有源区来实现)。双极晶体管的示例包括具有作为控制端子的栅极端子、集电极端子和发射极端子的绝缘栅双极晶体管(IGBT)，或者具有作为控制端子的基极端子、发射极端子和集电极端子的双极结型晶体管(BJT)。单极晶体管的示例包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或结型场效应晶体管(JFET)，其包括作为控制端子的栅极端子、源极端子和漏极端子。在一些实施方式中，晶体管器件包括单极晶体管和双极晶体管的并联电路。该实施方式中的双极晶体管被设计为具有比单极晶体管高的阈值电压，例如高至少1V、高至少2V、高至少3V、高至少4V或高至少5伏的阈值电压。此外，双极晶体管可以被设计为具有比单极晶体管高的跨导。以这种方式，在一些实施方式中，双极晶体管可以用于支持高电流，特别是浪涌电流或其他过电流，而对于较低电流，在一些实施方式中，只有双极晶体管可以是起作用的。在这方面，过电流是比正常工作电流高出阈值的电流。浪涌电流是在相对短的时间范围(例如大约10ms)内发生的过电流。现在转到附图，图1示出根据一种实施方式的晶体管器件的示意性框图。图1的晶体管器件包括并联耦接在第一节点12和第二节点13之间的双极晶体管10和单极晶体管11。在这种情况下，“并联耦接”意味着双极晶体管10的发射极端子或集电极端子中的一个耦接到节点12，并且双极晶体管10的集电极端子或发射极端子中的另一个耦接到节点13。同样地，单极晶体管11的源极端子或漏极端子中的一个耦接到节点12，并且单极晶体管11的源极端子或漏极端子中的另一个耦接到第二节点13。在一些实现方式中，双极晶体管10可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)。在一些实现方式中，单极晶体管11可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一些实施方式中，单极晶体管11可以是碳化硅(SiC)基晶体管。在图1的实施方式中，双极晶体管10具有比单极晶体管11高的阈值电压，例如高至少1V、高至少2V、高至少3V、高至少4V或高至少5V。此外，在一些实施方式中，双极晶体管10可以具有比单极晶体管11高的跨导。在这方面，阈值电压对应于在源极端子和漏极端子之间或在集电极端子和发射极端子之间形成导电路径所需的、控制端子(例如栅极端子)处相对于另一端子(源极端子或发射极端子)的最小电压。双极晶体管10和单极晶体管11可以具有相同的电压等级，即可以被设计用于在相同的阳极-阴极电压范围中操作或在高达相同的电压限度(例如高达100V、高达500V、高达1400V、高达2000V、高达3.5kV、高达5kV、高达6.5kV或甚至高达7kV，仅给出一些示例)下操作。在这样的实施方式中，双极晶体管10可以用于承载高电流例如浪涌电流，而对于较低电流，基本上仅使用单极晶体管。这允许在比单极晶体管相更高的电流下使用双极晶体管的有利特性。这将在后面参照图3至图5更详细地解释。在这些解释之前，将参考图2A至2C讨论根据实施方式的晶体管器件的一些实现示例。在附图2A至2C中，相同或相似的元件具有相同的附图标记，并且将不再重复地详细描述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶体管器件，包括：耦接在第一端子与第二端子之间的单极晶体管，在所述第一端子与所述第二端子之间与所述单极晶体管并联耦接的双极晶体管，其中，所述双极晶体管被设计为：当流过所述晶体管器件的电流或控制所述单极晶体管和所述双极晶体管的控制电压中的至少一个超过预定阈值时，所述双极晶体管承载所述电流中的大部分。

【技术特征摘要】
2017.03.16 DE 102017105712.91.一种晶体管器件，包括：耦接在第一端子与第二端子之间的单极晶体管，在所述第一端子与所述第二端子之间与所述单极晶体管并联耦接的双极晶体管，其中，所述双极晶体管被设计为：当流过所述晶体管器件的电流或控制所述单极晶体管和所述双极晶体管的控制电压中的至少一个超过预定阈值时，所述双极晶体管承载所述电流中的大部分。2.根据权利要求1所述的晶体管器件，其中，所述双极晶体管被设计为具有比所述单极晶体管更高的阈值电压，其中，所述双极晶体管的阈值电压与所述单极晶体管的阈值电压之差为至少1V。3.根据权利要求2所述的晶体管器件，其中，所述差为至少3V。4.根据权利要求3所述的晶体管器件，其中，所述差为至少5V。5.根据权利要求1至4中任一项所述的晶体管器件，其中，所述单极晶体管具有与所述双极晶体管相同的标称电压。6.根据权利要求1至5中任一项所述的晶体管器件，其中，所述双极晶体管具有比所述单极晶体管更高的跨导。7.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管器件，其中，所述双极晶体管包括绝缘栅双极晶体管。8.根据权利要求1至6中任一项所述的晶体管器件，其中，所述单极晶体管包括金属氧化物半导体场效应晶体管。9.根据权利要求1至7中任一项所述的晶体管器件，其中，所述单极晶体管包括碳化硅基晶体管。10.根据权利要求1至8中任一项所述的晶体管器件，还包括：驱动电路，其中，所述驱动电路被配置为在过电流事件的情况下至少增加所述双极晶体管的控制电压。11.根据权利要求10所...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·巴斯勒，罗曼·巴布尔斯科，约翰内斯·乔治·拉文，弗朗茨约瑟夫·尼德诺斯特海德，汉斯约阿希姆·舒尔策，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利,AT