[發(fā)明專利]組合半導(dǎo)體整流器件和使用該組合半導(dǎo)體整流器件的電功率轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010150673.7
• 申請(qǐng)日: 2010-03-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101853847A
• 公開(kāi)（公告）日: 2010-10-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 森本哲弘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 富士電機(jī)系統(tǒng)株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01L25/07
• 分類號(hào): H01L25/07;H02M1/00
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 侯穎媖

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種組合半導(dǎo)體整流器件。具體而言，本發(fā)明涉及一種組合半導(dǎo)體整流器件，其包括：其漂移區(qū)由寬帶隙半導(dǎo)體(下文稱為“WBG半導(dǎo)體”)組成的寬帶隙半導(dǎo)體整流器件(下文稱為“WBG半導(dǎo)體整流器件”)，該寬帶隙半導(dǎo)體的帶隙比硅的帶隙寬；以及與該WBG半導(dǎo)體整流器件串聯(lián)的硅半導(dǎo)體整流器件。本發(fā)明還涉及一種使用上述組合半導(dǎo)體整流器件的電功率轉(zhuǎn)換器。

背景

在逆變器電路和開(kāi)關(guān)電源電路中，開(kāi)關(guān)器件以高頻接通和切斷。在那些電路中，以反并聯(lián)方式與開(kāi)關(guān)器件連接且用作續(xù)流二極管(以下稱為“FWD”)的半導(dǎo)體整流器件(二極管)也進(jìn)行高速開(kāi)關(guān)操作。進(jìn)行高速切換操作的半導(dǎo)體整流器件尤其需要具有與開(kāi)關(guān)器件的擊穿電壓一樣高的擊穿電壓，以及與開(kāi)關(guān)器件的反向恢復(fù)時(shí)間一樣短的反向恢復(fù)時(shí)間(表示為“trr”)。還需要半導(dǎo)體整流器件產(chǎn)生低反向漏電流IR和低正向電壓VF。

600V擊穿電壓級(jí)別的普通PN結(jié)硅二極管的反向恢復(fù)時(shí)間trr在常溫下較長(zhǎng)，而在高溫下長(zhǎng)。由于反向恢復(fù)時(shí)間trr長(zhǎng)，將PN結(jié)硅二極管用于上述FWD并無(wú)優(yōu)勢(shì)。然而，由于PN結(jié)硅二極管的反向漏電流小于寬帶隙肖特基勢(shì)壘二極管(以下稱為“WBG-SBD”)中產(chǎn)生的反向漏電流，因此PN結(jié)硅二極管有優(yōu)勢(shì)。

在功率半導(dǎo)體領(lǐng)域，利用WBG半導(dǎo)體襯底制造的WBG二極管越來(lái)越多。雖然600V級(jí)別的高擊穿電壓硅SBD的任何產(chǎn)品還未制造出來(lái)，但諸如氮化鎵(GaN)SBD和碳化硅(SiC)SBD之類的WBG-SBD產(chǎn)品已制造出來(lái)。因?yàn)榫哂懈邠舸╇妷旱倪@些SBD是單極載流子類型的器件，而且由于少數(shù)載流子的積累而引起的任何反向恢復(fù)時(shí)間理論上不會(huì)產(chǎn)生。因此，高擊穿電壓SBD的一個(gè)特定特征是反向恢復(fù)時(shí)間trr在高溫下不會(huì)發(fā)生任何變化。然而，高擊穿電壓SBD的反向漏電流IR高于同一擊穿電壓級(jí)別的PN結(jié)硅二極管的反向漏電流IR，有時(shí)這會(huì)成為問(wèn)題。

包括以串聯(lián)方式相互連接的任一上述WBG半導(dǎo)體器件之類的半導(dǎo)體器件的電路配置和基于其串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體整流器件的性能改進(jìn)在以下專利文獻(xiàn)中進(jìn)行了描述。

以下專利文獻(xiàn)1描述了LED光源，其具有以串聯(lián)方式在正向上連接GaN?LED和多個(gè)Si二極管的配置，其中多個(gè)Si二極管以串聯(lián)方式連接以提高擊穿電壓。以下專利文獻(xiàn)2描述了一種用作二極管的組合半導(dǎo)體器件，其包括以串聯(lián)方式相互連接的硅二極管和單極型控制半導(dǎo)體器件，以便提高反向恢復(fù)時(shí)間、擊穿電壓以及導(dǎo)通狀態(tài)電阻。以下專利文獻(xiàn)3描述了硅SBD和SiC二極管的串聯(lián)連接，該串聯(lián)連接便于制造具有高擊穿電壓的組合二極管。

[描述現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)]

[專利文獻(xiàn)1]日本待審專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2005-276979(摘要)

[專利文獻(xiàn)2]日本待審專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2008-198735(摘要和段落[0008])

[專利文獻(xiàn)3]日本待審專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2004-214268(段落[0004]和段落[0006])

雖然專利文獻(xiàn)1和3中描述的組合半導(dǎo)體器件采用了包括化合物半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體器件的串聯(lián)連接，但這些組合半導(dǎo)體器件想要解決的問(wèn)題彼此不同。在專利文獻(xiàn)1和3中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)提出將組合半導(dǎo)體器件用于逆變器電路或開(kāi)關(guān)電源電路的任何描述。專利文獻(xiàn)2中描述的組合半導(dǎo)體器件用于續(xù)流二極管。專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了將具有低正向壓降和低擊穿電壓的硅半導(dǎo)體器件與具有高擊穿電壓和在導(dǎo)通狀態(tài)下等效于電阻器的控制半導(dǎo)體器件的串聯(lián)連接用作二極管的配置。專利文獻(xiàn)2中所述的組合半導(dǎo)體器件的目標(biāo)是對(duì)正向壓降、擊穿電壓以及反向恢復(fù)時(shí)間的改進(jìn)。然而，在利用化合物半導(dǎo)體以低制造成本經(jīng)濟(jì)地制造控制半導(dǎo)體器件時(shí)，某些問(wèn)題至今仍未解決。

根據(jù)上述內(nèi)容，期望消除上述問(wèn)題。還期望提供一種具有縮短的反向恢復(fù)時(shí)間和低反向漏電流特性的高擊穿電壓組合半導(dǎo)體整流器件。進(jìn)一步期望提供一種電功率轉(zhuǎn)換器，其采用具有如上所述的改進(jìn)性能的組合半導(dǎo)體整流器件。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種組合半導(dǎo)體整流器件，包括：

以串聯(lián)方式彼此連接的PN結(jié)硅二極管和肖特基勢(shì)壘二極管；

該肖特基勢(shì)壘二極管具有的擊穿電壓等于或高于該P(yáng)N結(jié)硅二極管的擊穿電壓；以及

該肖特基勢(shì)壘二極管采用帶隙比硅的帶隙更寬的半導(dǎo)體。

有利地，其帶隙比硅的帶隙寬的半導(dǎo)體是碳化硅半導(dǎo)體或氮化鎵半導(dǎo)體。

有利地，該P(yáng)N結(jié)硅二極管和肖特基勢(shì)壘二極管以芯片狀態(tài)以串聯(lián)方式相互連接并被樹(shù)脂密封于封裝中。

根據(jù)本發(fā)明，提供了一種電功率轉(zhuǎn)換器，包括：

包括開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體器件和電感器的電路；