半导体器件、电子电路以及用于切换高电压的方法技术

公开了一种半导体器件、电子电路和方法。半导体器件包括半导体主体；至少一个晶体管单元，包括源极区、漂移区、将源极区与漂移区分开的主体区、以及在半导体主体中的漏极区、以及由栅极电介质与主体区介电绝缘的栅极电极；源极节点，连接至源极区和主体区；接触节点，与主体区和漏极区间隔开，以及电连接至漏极区；以及整流器元件，在接触节点和源极节点之间形成。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件、电子电路以及用于切换高电压的方法
本文描述的实施例涉及半导体器件以及电子电路。此外，本文描述的实施例涉及用于切换高电压的方法。
技术介绍
开关模式电源广泛用于提供电子负载给诸如计算机、电视机或具有合适的电压电平输出的任何其它器具之类的设备，该电压电平输出是市电电压，其典型地在90V至240Vrms的范围中。在许多情形下，变压器将负载与市电电学去耦合，并且在次级侧提供适当的电压电平，如果针对在大多数交流市电的50Hz至60Hz的范围中的频率范围之上的更高频设计，则其消耗更少的空间、并且更为经济。电子开关(例如高电压MOSFET或IGBT)通常用于为变压器的初级侧提供适当的高频电压和电流波形，从其可以通过整流市电电压来生成直流电流(DC)链路。注意，在此使用这类电子开关并不限于上述应用。在连接至变压器的初级侧的电子开关中，当使用高电压、高频率和高电流信号驱动变压器的初级侧时，产生欧姆损耗和切换损耗这两者。当导通电子开关以及特别是断开电子开关时，存在这些损耗。为了减少切换损耗并且同时增加总体效率，已经建立用于驱动变压器的多种配置和方法。这些方法包括谐振回路的操作，其中电子开关主要在电压的过零点处或其附近被导通和/或断开。由此，可以减少切换损耗。这类方法通常被称为电子开关的软切换。在常规操作中，在软切换期间向负载端子施加的最大电压是在DC链路的电压。然而，可能出现如下情形，其中未实现软切换条件，例如在SMPS的上电期间，负载出现跳变等。在这类情形中，电子开关无法必然在零电压或零电流附近断开，而是在电子开关的端子处的显著电流和/或电压附近断开。在这些情形中，可能出现显著的电压过冲，其超过DC链路电压。因此，常规使用的电子开关提供了超过DC链路的电压的阻断能力。然而，在高电压电子开关的负载端子之间存储的电荷随着设备的阻断要求的增加而增加。这可以不利地影响高电压电子开关的切换损耗和SMPS的控制稳定性。具有给定芯片面积的高电压电子开关的通态损耗随着阻断要求的增加而增加。另一方面，根据一阶近似，维持负载端子两端的电压的漂移区的宽度将随着阻断能力线性地增加。此外，可以提供漂移区的净掺杂的减少，以便改进阻断能力。因此，高电压电子开关的通态损耗可以随着阻断能力的增加而显著增加，例如，高电压电子开关的通态损耗可以随着阻断能力的增加而不成比例地高的增加。鉴于上述内容，需要改进。
技术实现思路
一个实施例涉及一种半导体器件。半导体器件包括半导体主体；至少一个晶体管单元，具有源极区、漂移区、将源极区与漂移区分离的主体区、以及在半导体主体中的漏极区；以及栅极电极，由栅极电介质将栅极电极与主体区介电绝缘。半导体器件还包括连接至源极区和主体区的源极节点、与主体区和漏极区隔离开并且电连接至漏极区的接触节点、以及在接触节点和源极节点之间形成的整流器元件。一个实施例涉及电子电路。电子电路包括第一半导体器件，第一半导体器件具有在源极节点和漏极节点之间的负载路径、控制节点和在接触节点和源极节点之间形成的内部整流器元件，其中接触节点与第一半导体器件的半导体主体中的主体区和漏极区隔离开。电子电路还包括第二半导体器件，第二半导体器件包括漏极节点和源极节点之间的负载路径、以及控制节点，其中第一半导体器件和第二半导体器件的负载路径串联，并且其中第二半导体器件的控制节点耦合至第一半导体器件的源极节点。一个实施例涉及电子电路。电子电路包括第一场效应晶体管，第一场效应晶体管具有源极节点、漏极节点和栅极节点。第一场效应晶体管是常关断(normally-off)晶体管。电子电路还包括与第一场效应晶体管串联的第二场效应晶体管，第二场效应晶体管具有源极节点、漏极节点和栅极节点，其中第二场效应晶体管是常导通(normally-on)晶体管。控制单元连接至第一场效应晶体管的漏极节点，并且连接至第二场效应晶体管的栅极节点，并且可操作为如果在第一场效应晶体管的漏极节点和源极节点之间的电压的电压电平超过高电压电平则阻断第二场效应晶体管。一个实施例涉及半导体器件，半导体器件包括单元区域、边缘表面、以及布置在边缘表面和单元区域之间的边缘端接区。半导体器件还包括具有源极节点、漏极节点和栅极节点的第一场效应晶体管、以及在第一场效应晶体管的漏极节点和源极节点之间串联连接的电阻器和齐纳二极管。齐纳二极管和电阻器被单片集成在半导体器件的边缘端接区中。半导体器件还包括第二场效应晶体管，第二场效应晶体管具有源极节点、漏极节点和栅极节点。第二场效应晶体管的源极节点连接至第一场效应晶体管的漏极节点，以及齐纳二极管和电阻器共同的电路节点耦合至第二场效应晶体管的栅极节点。一个实施例涉及方法。该方法包括提供具有第一晶体管和第二晶体管的串联电路，第一晶体管包括源极节点、漏极节点和栅极节点，第二晶体管包括源极节点、漏极节点和栅极节点，其中第二晶体管的源极节点耦合至第一晶体管的漏极节点。该方法还包括在第二晶体管的漏极节点和第一晶体管的源极节点之间施加电压，以正常模式操作串联电路，其中第一晶体管基于在栅极节点接收的信号来导通和关断，以及如果第一晶体管的漏极节点处的电压低于预定电压电平则第二晶体管导通，而如果第一晶体管的漏极节点处的电压高于预定电压电平则第二晶体管关断。本领域技术人员在阅读下面的具体描述以及在浏览所附附图之后将认识到附加的特征和优势。附图说明附图中的部件并不必然按比例绘制，而是附图示出了本专利技术的实施例的原理。此外，在附图中，相似的数字指示对应部件。图1示出了根据一个实施例的连接至控制单元的串叠式(cascode)电路，其包括实现为场效应晶体管的第一半导体器件和实现为场效应晶体管的第二半导体器件。图2示出了根据一个实施例的第一半导体器件的截面图。图3示意地示出了第一半导体器件的处于关断状态的电势分布。图4示意地示出了第一半导体器件的处于关断状态的电压电势的另一分布。图5显示了时序图，其示出了在断开串叠式电路之后第一半导体器件和串叠式电路两端的电压。图6示出了根据一个实施例的串叠式电路。图7示出了根据另一实施例的具有第一半导体器件和第二半导体器件的串叠式电路。图8显示了时序图，其示出了图7中所示的串叠式电路的操作的一种方式。图9示意地示出了根据一个实施例的第一半导体器件的分区的竖直截面图。图10示意地示出了图9中所示的半导体器件的俯视图。图11A-图11B示出了图9中所示的半导体器件的内区的修改。图12示出了图9中所示的半导体器件的外区的修改。图13示出了根据一个实施例的外区的一个分区的俯视图。图14显示了根据另一实施例的外区的一个分区的俯视图。图15显示了根据另一实施例的第一半导体器件的竖直截面图。图16显示了根据又一实施例的第一半导体器件的竖直截面图。图17示出了根据另一实施例的串叠式电路。具体实施方式在下面的具体描述中，参考所附附图，该附图构成本文的一部分，并且其中通过示出具体实施例的方式显示，其中本专利技术可以在具体实施例中实施。就此而言，定向术语，诸如“顶部”、“底部”、“前侧”、“背侧”、“前沿”、“尾沿”、侧向、竖直等用于参考所描述的附图的定向。由于实施例的部件可以放置为多种不同的定向，因此定向术语用于示出而非限制。可以理解，可以利用其它实施例，并且可以做出结构和逻辑改变而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体主体；至少一个晶体管单元，所述至少一个晶体管单元包括源极区、漂移区、将所述源极区与所述漂移区分开的主体区，以及在所述半导体主体中的漏极区，以及栅极电极，通过栅极电介质将所述栅极电极与所述主体区电绝缘；源极节点，连接至所述源极区和所述主体区；接触节点，与所述主体区和所述漏极区间隔开并且电连接至所述漏极区；以及整流器元件，在所述接触节点和所述源极节点之间形成。

【技术特征摘要】
2013.08.09 US 13/963,383;2014.08.07 US 14/454,2991.一种半导体器件，包括：半导体主体；至少一个晶体管单元，所述至少一个晶体管单元包括源极区、漂移区、将所述源极区与所述漂移区分开的主体区，以及在所述半导体主体中的漏极区，以及栅极电极，通过栅极电介质将所述栅极电极与所述主体区电绝缘；源极节点，连接至所述源极区和所述主体区；接触节点，与所述主体区和所述漏极区间隔开并且电连接至所述漏极区；以及整流器元件，在所述接触节点和所述源极节点之间形成。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述源极区和所述漏极区在所述半导体主体的竖直方向上远离，以及其中所述接触节点在所述半导体主体的侧向方向上与所述主体区远离。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述接触节点在所述半导体主体的所述竖直方向上与所述漏极区远离。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述接触节点经由电阻器连接至所...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·韦耶斯，F·希尔勒，A·毛德，
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