半导体装置制造方法及图纸

提供能够兼顾电力变换装置的反向恢复损耗的降低和成本的降低的半导体装置。具有：双向通电器件，其具有晶体管、以相对于晶体管反并联的方式内置于晶体管的内置二极管；以及二极管，其与双向通电器件反并联连接，双向通电器件能够流通第一电流和第二电流，并且至少能够进行第二电流的流通和非流通的切换，该第一电流在从晶体管的第一主电极朝向与第一主电极相对的第二主电极的第一方向上流动，该第二电流在与第一方向反向的第二方向上流过内置二极管，二极管与双向通电器件相比俯视观察时的面积小。的面积小。的面积小。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置


[0001]本专利技术涉及半导体装置，特别涉及在电力变换装置中使用的半导体装置。

技术介绍

[0002]作为在现有的电力变换装置中使用的半导体装置，例如，如专利文献1所公开的那样，举出开关器件、与开关器件反并联连接的以碳化硅(SiC)为母材的肖特基势垒二极管(SBD)。
[0003]专利文献1：日本专利第3804978号公报
[0004]在现有的电力变换装置中使用的与开关器件反并联连接的肖特基势垒二极管虽然反向恢复损耗小，但以昂贵的宽带隙半导体为母材，无法实现电力变换装置的反向恢复损耗的降低和成本的降低这两者的兼顾。

技术实现思路

[0005]本专利技术就是为了解决上述那样的问题而提出的，其目的在于提供能够兼顾电力变换装置的反向恢复损耗的降低和成本的降低的半导体装置。
[0006]本专利技术涉及的半导体装置具有：双向通电器件，其具有晶体管、以相对于所述晶体管反并联的方式内置于所述晶体管的内置二极管；以及二极管，其与所述双向通电器件反并联连接，所述双向通电器件能够流通第一电流和第二电流，并且至少能够进行所述第二电流的流通和非流通的切换，该第一电流在从所述晶体管的第一主电极朝向与所述第一主电极相对的第二主电极的第一方向上流动，该第二电流在与所述第一方向反向的第二方向上流过所述内置二极管，所述二极管与所述双向通电器件相比俯视观察时的面积小。
[0007]专利技术的效果
[0008]根据本专利技术涉及的半导体装置，在超过规定大小的正向电流流过二极管时，通过对输入至晶体管的栅极电极的信号进行切换，从而能够将流过二极管的电流作为第二电流而转流至双向通电器件，能够防止电流集中于二极管，降低热破损风险。因此，二极管与双向通电器件相比，能够使俯视观察时的面积更小，在用于电力变换装置的情况下能够兼顾反向恢复损耗的降低和成本的降低。
附图说明
[0009]图1是表示实施方式1的逆变器电路的电路图。
[0010]图2是表示实施方式1的逆变器电路的晶体管及二极管的结构的剖视图。
[0011]图3是表示实施方式1的逆变器电路的晶体管中内置的二极管的正向电压
‑
正向电流特性的栅极电压依赖性的图。
[0012]图4是实施方式1的流过逆变器电路的桥臂的续流电流、栅极信号输入、流过二极管的续流电流及流过晶体管的续流电流的时序图。
[0013]图5是实施方式1的流过逆变器电路的桥臂的续流电流、栅极信号输入、流过二极
管的续流电流及流过晶体管的续流电流的时序图。
[0014]图6是表示实施方式1的逆变器电路的续流电流的分担状况的图。
[0015]图7是表示实施方式1的逆变器电路的续流电流的分担状况的图。
[0016]图8是用一览表表示出实施方式1的逆变器电路的栅极控制、流过晶体管及二极管的电流的通电状态和动作的特征的图。
[0017]图9是表示实施方式2的逆变器电路的电路图。
[0018]图10是表示实施方式2的逆变器电路的晶体管的结构的剖视图。
[0019]图11是表示使实施方式2的逆变器电路的晶体管作为FWD进行动作的情况下的正向电压
‑
正向电流特性的栅极电压依赖性的图。
具体实施方式
[0020]<前言>
[0021]本专利技术涉及的半导体装置在其一个方案中为将开关器件和续流二极管(Free Wheeling Diode：FWD)反并联地配设的半导体装置，开关器件是具有双向通电的功能的双向通电器件。
[0022]作为典型的双向通电器件，举出将FWD的功能内置于绝缘栅型双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor)而能够反向通电的反向导通(Reverse Conducting；RC)
‑
IGBT、及将FWD的功能内置于金属
‑
氧化膜
‑
半导体(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor：MOS)场效应型晶体管(Field Effect Transistor：FET)而能够反向通电的MOSFET(MOS晶体管)。
[0023]RC
‑
IGBT及MOSFET以廉价的大口径硅(Si)半导体为母材，能够降低制造成本。另外，就RC
‑
IGBT及MOSFET而言，由于栅极信号为电压信号，因此能够通过供给至栅极电极的接通信号、断开信号的电压的大小对转流动作进行调整。
[0024]与RC
‑
IGBT反并联连接的FWD是由宽带隙(Wide Band
‑
Gap：
[0025]WBG)半导体晶体制造的肖特基势垒二极管(Schottky BarrierDiode：SBD)等反向恢复电荷量少的单极动作型。在位于开关器件的阴极(cathode)侧的栅极电极连接有供给对开关器件进行驱动的信号的控制电路。
[0026]本专利技术涉及的半导体装置可以说是如下半导体装置，即，对流过FWD的正向电流，即从FWD的阳极(anode)流向阴极的电流(续流电流等)进行检测，在续流电流超过预先设定的值(电流阈值)的情况下，从控制电路将断开信号供给至开关器件的栅极电极，进行将栅极接通切换为栅极断开的控制。
[0027]流过FWD的正向电流和正向电压之间的关系可以用理想二极管的式J＝Js(e
qv/kt
‑
1)近似。这里，J为电流密度，Js为饱和电流密度，e为自然对数，q为元电荷量，v为电压，k为玻尔兹曼常数，t为温度。因此，本专利技术涉及的半导体装置也可以说是如下半导体装置，即，对FWD的正向电压即以FWD的阴极为基准的阳极的电压进行检测，在正向电压超过预先设定的值(电压阈值)的情况下，从控制电路将断开信号供给至开关器件的栅极电极，进行将栅极接通切换为栅极断开的控制。
[0028]根据本专利技术，提供将开关器件和二极管反并联地配设的半导体装置，并且能够廉价且以低损耗实现大电流通电的小型的半导体装置。
[0029]<实施方式1>
[0030]在下面的说明中，n及p表示半导体的导电型，在本专利技术中，以第一导电型为n型，第二导电型为p型进行说明，但也可以将第一导电型设为p型，将第二导电型设为n型。另外，n
‑
表示杂质浓度比n低，n
+
表示杂质浓度比n高，n
++
表示杂质浓度比n
+
高。同样地，p
‑
表示杂质浓度比p低，p
+
表示杂质浓度比p高。
[0031]<装置结构>
[0032]图1是表示本专利技术涉及的实施方式1的半导体装置即逆变器电路100的电路图。如图1所示，逆变器电路100为构成相对于负载R4的3相交流电源装置的单相(支路)的单相逆变本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其具有：双向通电器件，其具有晶体管、以相对于所述晶体管反并联的方式内置于所述晶体管的内置二极管；以及二极管，其与所述双向通电器件反并联连接，所述双向通电器件能够流通第一电流和第二电流，并且至少能够进行所述第二电流的流通和非流通的切换，该第一电流在从所述晶体管的第一主电极朝向与所述第一主电极相对的第二主电极的第一方向上流动，该第二电流在与所述第一方向反向的第二方向上流过所述内置二极管，所述二极管与所述双向通电器件相比俯视观察时的面积小。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，具有控制部，该控制部对正向地流过所述二极管的正向电流进行检测，在所述正向电流超过电流阈值的情况下，或对施加于所述二极管的正向电压进行检测，在所述正向电压超过电压阈值的情况下，将所述双向通电器件切换为流通所述第二电流的状态。3.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述控制部在所述正向电流小于所述电流阈值的情况下，或在所述正向电压小于所述电压阈值的情况下，将所述双向通电器件切换为不流通所述第二电流的状态。4.根据权利要求2或3所述的半导体装置，其中，所述电流阈值被设定为大于或等于所述二极管的额定电流且小于或等于该额定电流的2倍。5.根据权利要求2或3所述的半导体装置，其中，所述电压阈值被设定为小于或等于3伏特。6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中，所述控制部在作为用于将所述双向通电器件切换为不流通所述第二电流的状态的信号而将所述晶体管的额定栅极电压输入至栅极的情况下，将输入了所述额定栅极电压时的流过所述内置二极管的所述第二电流的上升电压设为大于或等于3V。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其中，所述二极管的俯视观察时的面积小于或等于所述双向通电器件的俯视观察时的面积的一半，或所述二极管的额定电流小于或等于所述双向通电器件的额定电流的一半。8.根据权利要求2所述的半导体装置，其中，所述内置二极管为pn结二极管，所述晶体管为MOS晶体管或反向导通IGBT。9.根据权利要求8所述的半导体装置，其中，所述控制部在所述正向电流小于所述电流阈值的情况下，或在所述正向电压小于所述电压阈值的情况下，对用于将所述双向通电器件切换为不流通所述第二电流的状态的信号的电压值进行调整，以使得流过所述二极管的所述正向电流达到最大。10.根据权利要求8或9所述的半导体装置，其中，就所述双向通电器件而言，与所述内置二极管的阳极层对应的杂质层的杂质浓度大于
或等于6
×
10
17
cm
‑3。11.一种半导体装置，其具有：第一双向通电器件，其具有第一晶体管、以相对于所述第一晶体管反并联的方式内置于所述第一晶体管的第一内置二极管；第一二极管，其与所述第一双向通电器件反并联连接；第二双向通电器件，其具有第二晶体管、以相对于所述第二晶体管反并联的方式内置于所述第二晶体管的第二内置二极管；以及第二二极管，其与所述第二双向通电器件反并联连接，所述第一双向通电器件能够流通第一电流和第二电流，并且至少能够进行所述第二电流的流通和非流通的切换，该第一电流在从所述第一晶体管的第一主电极朝向与所述第一主电极相对的第二主电极的第一方向上流动，该第二电流在与所述第一方向反向的第二方向上流过所述第一内置二极管，所述第二双向通电器件能够流通在从所述第二晶体管的第一主电极朝向与第一主电极相对的第二主电极的第一方向上流动的第一电流和在与所述第一方向反向的第二方向上流过所述第二内置二极管的第二电流，并且至少能够进行所述第二电流的流通和非流通的切换，所述第一双向通电器件和所述第二双向通电器件串联连接于第一电位和第二电位之间，该第二电位低于所述第一电位，所述第一二极管与所述第一双向通电器件相比俯视观察时的面积小，所述第二二极管与所述第二双向通电器件相比俯视观察时的面积小。12.根据权利要求11所述的半导体装置，其中，具有控制部，该控制部对正向地流过所述第一及第二二极管的正向电流或施加于所述第一及第二二极管的正向电压进行检测，在所述第一二极管的所述正向电流超过电流阈值的情况下，或在所述第一二极管的所述正向电压超过电压阈值的情况下，该控制部将所述第一双向通电器件切换为流通所述第二电流的状态，在所述第二二极管的所述正向电流超过电流阈值的情况下，或在所述第二二极管的所述正向电压超过电压阈值的情况下，该控制部将所述第二双向通电器件切换为流通所述第二电流的状态，所述第一及第二晶体管为MOS晶体管或反向导通IGBT，所述控制部在所述第一二极管的所述正向电流小于电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤克己，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：