功率半导体部件、包括其的功率半导体组件及其操作方法技术

本发明专利技术涉及功率半导体部件、包括其的功率半导体组件及其操作方法。提供一种功率半导体部件，该功率半导体部件包含半导体主体（１）和两个负载端子（２１、２２）。此外还提供有电位探针（３），其设计成对于施加于两个负载端子（２１、２２）两端的电压（Ｖ１－Ｖ２）而分出存在于半导体主体（１）的抽头位置（４）处的半导体主体（１）的中间电位（Ｖｚ），所述中间电位是两个负载端子（２１、２２）的电位（Ｖ１、Ｖ２）的中间值，但不同于两个负载端子（２１、２２）的两个电位（Ｖ１、Ｖ２）中的每一个。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及功率半导体部件。
技术介绍
功率半导体部件常常由高电压供电。在许多情况中，对能将所施加的电压用作用 于开环控制或闭环控制电子设备的输入变量存在兴趣。因为这样的开环控制或闭环控制电 子设备被方便地设计为仅仅处理低电压，施加到功率半导体部件的高电压必须首先被转换 为与高电压对应的信号，该信号然后被施加到该开环控制或闭环控制电子设备。这例如可以利用电阻分压器来完成，但是该电阻分压器具有不可忽视的功率损失 这一缺点。尽管为了回避这个问题，可以使用电容分压器，然而，这里，尤其是在施加直流电 压时分压可能因为漏电流而易于漂移，使得必须对电容进行所限定的放电，这使事情变得 复杂。本专利技术的一个方面是提供一种功率半导体部件，其现在使得可以推断施加到该部 件的电压而无需单独的分压器。另一方面涉及提供具有相应功率半导体部件的 功率半导体 组件，从而可以推断施加到该功率半导体部件的电压。又一个方面将限定一种用于操作相 应功率半导体部件的方法。
技术实现思路
如下所详述的以超过30V的电阻断能力为特征的功率半导体部件包含半导体主 体以及两个负载端子和电位探针。电阻断能力是两个负载端子两端的阻断电压，该部件能 够保持阻断电压而不发生击穿。电位探针被设计成对于施加于该两个负载端子两端的电压 而分出(tap)存在于半导体主体中的抽头位置的电中间电位。尽管中间电压是该两个负载 端子的电位的中间值，但它不同于其两个电位中的每一个。选择抽头位置以便在最大阻断 电压施加于所述负载端子两端时，电位探针的电位与施加到所述负载端子的两个电位中的 至少一个相差最大100V。组合一个这样的功率半导体部件与导电地连接或可连接到电位探针的检测器得 到功率半导体组件，现在可以利用其通过分析电压而不必分出功率半导体部件两端的全高 电压降而获得施加到功率半导体部件的高电压的定性或定量指示。如上所解释的那样，在操作功率半导体部件时，施加到其负载端子的电位不同。借 助于电位探针，施加到该两个负载端子的电位的电位中间值被分出。附图说明参考下图以及说明可以更好地理解本专利技术。图中的部件不必按比例绘制，而是在 说明本专利技术的原理时被加以强调。此外，在图中，类似的参考数字指示对应部分。在图中图1是通过功率半导体部件的垂直截面，在功率半导体部件主体中，形成沟道，电 位探针延伸进入沟道以分出存在于该半导体主体中的沟道的末端处的电压；图2是通过功率半导体部件的垂直截面，该功率半导体部件构造得与图1所示的 功率半导体部件相同，除了电位探针的末端延伸进入半导体主体而不是远至主Pn结；图3是通过功率半导体部件的垂直截面，该功率半导体部件构造得与图1以及图 2所示的功率半导体部件相同，除了电位探针的末端延伸直到主pn结；图4是通过功率半导体部件的边缘区域的垂直截面，该功率半导体部件的边缘终 端结构包括场板，在该处电压可以被分出；图5是如图2所示的组件的俯视图；图6是功率半导体部件的一部分的俯视图，该功率半导体部件的主体在pn结的边 缘区域中被金属化为电位探针；以及图7是通过功率半导体部件的垂直截面，该功率半导体部件包含设置抽头位置的 可变横向掺杂边缘终端。具体实施例方式在下面的具体实施方式中，参考附图，其形成具体实施方式的一部分，并且在附图 中通过图解说明来示出具体实施例，在具体实施例中可以实施本专利技术。在这点上，方向性术 语，诸如“顶部”、“底部”、“前”、“后”、“在前的”、“在后的”等参考所描述的(多个)图的取 向来使用。因为实施例的部件可以以许多不同的取向定位，所以方向性术语是用于图解说 明的目的而非限制性的。应当理解在不偏离本专利技术的范围的情况下可以利用其他实施例以 及可以作出结构上或逻辑上的改变。因此，以下具体实施方式不应以限制性的意义来理解， 并且本专利技术的范围由所附权利要求所限定。现在参考图1，通过示例图解说明了功率半导体部件100，其被配置为包括半导体 主体1的IGBT，所述半导体主体1由硅、碳化硅或任何其他半导体材料制成。半导体主体1 包含正面11以及与其相对的背面12。功率半导体部件100包含两个负载端子21以及22， 至少在功率半导体部件100工作的某些阶段，跨过负载端子21以及22实现从负载端子21、 22中的一个通过半导体主体1到负载端子22、21中的另一个的电流。例如，可以借助于功 率半导体部件100的栅电极在涉及诸如MOSFET、IGBT或J-FET的晶体管的地方改变该电 流。在诸如晶闸管的其他部件中，该电流至少可以通过以电的方式或光的方式启动功率半 导体部件100来接通。其他适当的部件，例如二极管，不具有栅电极。依赖于所涉及的部件 的类型，负载端子21、22可以是漏极或源极、发射极以及集电极、或阳极电极和阴极电极， 该分配是可选的。在图1所示的组件中，功率半导体部件100例如被配置为IGBT，然而，将理解任何 其他功率半导体部件，特别是如上所列举的功率半导体部件，基本上是可兼容的。为了实现IGBT结构，半导体主体1包含堆叠在背面12上的强ρ掺杂发射极16、弱 η掺杂漂移区15、强ρ掺杂主体区18以及强η掺杂源区19。夹在主体区18和漂移区15/ 场停止区17之间的是主pn结73。第一负载端子21在正面11接触源区19，负载端子22 在背面12接触ρ发射极。在本申请的意义上，部件的主pn结应理解为当接通时，部件的负 载电流经由其流动并且在截止时在其处由负载电流形成抑制宽的空间电荷区的部件的pn 结。例如，在二极管中，主pn结形成在ρ掺杂阳极区和η掺杂阴极区之间，而在晶闸管中， 其形成在P掺杂基区和η掺杂基区之间。为了选通跨过该负载端子21和22的电流，提供利用电介质42在电学上与半导体 主体1以及与负载端子21、22隔离的栅电极41。在部件100工作时向第一负载端子21施加第一电位Vl以及向第二负载端子22 施加不同于第一电位Vl的第二电位V2，在半导体主体1中产生电场，其可以通过等位面描 述，对于每个等位面可以分配某一电位。分配到这些等位面的电位居于电位Vl和V2之间。 电位Vl和V2分别仅在正面11以及背面12处被获得。半导体主体1的电位不同于分别施 加到负载端子21和22的电位Vl和V2，但是其是二者的中间值，称为中间电位Vz。本专利技术在使用如下事实时提供这样的中间电位Vz，即其涉及分别施加到负载端子 21以及22的电位Vl以及V2，由此只要该中间电位Vz是相对于部件100的某一其它适当 电位来被分析的，现在就可以获得负载端子21以及22两端的电压降的定性或定量指示。作 为用于此目的的参考电位，例如可以使用第一负载端子21的电位Vl或第二负载端子22的 电位V2。被提供来分出如图1所示的组件中的中间电位Vz的是电位探针3，其特征在于被 设置在配置在半导体主体1中的沟道中的部分31，以在半导体主体1的抽头位置4分出中 间电位Vz。为此目的，沟道以及部分31例如可以基本上垂直于正面11延伸进半导体主体 1中。抽头位置4被设置在沟道的最低点。侧向地，部分31利用电介质14a与半导体主体 1绝缘以便在部分31和半导体主体1之间仅在沟道底端、即在抽头位置4处存在导电连接， 其中，部分31由例如多晶半导体材料或金属制成。为了例如利用检测器6检测中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以超过３０Ｖ的电阻断能力为特征的功率半导体部件，包含：－半导体主体（１）；－两个负载端子（２１、２２）；－电位探针（３），其被设计成对于施加于两个负载端子（２１、２２）两端的电压（Ｖ１－Ｖ２）而分出存在于半导体主体（１）的抽头位置（４）处的半导体主体（１）的中间电位（Ｖｚ），所述中间电位是两个负载端子（２１、２２）的电位（Ｖ１、Ｖ２）的中间值，但不同于两个负载端子（２１、２２）的两个电位（Ｖ１、Ｖ２）中的每一个；其中选择抽头位置（４）以便在最大阻断电压施加于所述负载端子（２１、２２）两端时，电位探针（３）的电位（Ｖｚ）与施加到所述负载端子（２１、２２）的两个电位（Ｖ１、Ｖ２）中的至少一个相差最大１００Ｖ。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：P坎沙特，
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：DE[德国]