[發(fā)明專利]半導(dǎo)體器件和使用該半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310237789.8
• 申請日: 2013-06-17
• 公開（公告）號: CN103516338B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金澤孝光;秋山悟
• 申請（專利權(quán)）人: 瑞薩電子株式會社
• 主分類號: H03K17/567
• 分類號: H03K17/567;H03K17/687
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 高科

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及使用該半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)，具有常通型的SiCJFET和常斷型的Si型MOSFET。常通型的SiCJFET和常斷型的Si型MOSFET級聯(lián)連接，構(gòu)成開關(guān)電路。根據(jù)一個(gè)輸入信號，常通型的SiCJFET和常斷型的Si型MOSFET被控制成具有兩個(gè)晶體管都設(shè)置為截止?fàn)顟B(tài)的期間。利用本發(fā)明，能夠防止級聯(lián)連接的常通型的JFET和常斷型的MOSFET的半導(dǎo)體器件存在因誤傳導(dǎo)等而被擊穿。

（相關(guān)申請的交叉引用）

2012年6月18日提交的日本專利申請2012-136591的公開內(nèi)容，包括說明書、附圖和摘要，通過引用而將其全部結(jié)合到本申請中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件和可以應(yīng)用于例如功率半導(dǎo)體器件和使用該半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)的技術(shù)。

背景技術(shù)

在保護(hù)地球環(huán)境這樣的大的社會運(yùn)動下，降低對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)的電子工業(yè)的重要性增加。尤其是，功率半導(dǎo)體器件（以下也稱為功率器件）在火車、混合動力汽車、電動車的變換器裝置、空調(diào)的變換器裝置、個(gè)人計(jì)算機(jī)等的民用機(jī)器的電源系統(tǒng)等中使用。功率器件的性能改善對于基礎(chǔ)設(shè)施、民用設(shè)備的電力效率改善貢獻(xiàn)很大。電力效率改善就是指能夠減少系統(tǒng)工作所需的能源，換言之，可以減少二氧化碳的排放，即，減輕對環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)。因此，各公司都在積極地開展致力于改善功率器件的性能的研究和開發(fā)。

功率器件，與通常的半導(dǎo)體集成電路（以下也稱為器件）同樣地，經(jīng)常用硅作為材料而形成。在使用以硅（以下也稱為Si）為材料的功率器件的電力轉(zhuǎn)換裝置（如變換器裝置）中，為了降低該變換器裝置等中產(chǎn)生的能源損失，積極開發(fā)了優(yōu)化二極管、開關(guān)元件的元件結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)濃度的分布，從而實(shí)現(xiàn)了低的導(dǎo)通電阻和高的電流密度。而且，近年來，作為功率器件用的材料，作為比硅帶隙大的（以下也稱為寬帶隙）材料的化合物半導(dǎo)體，如碳化硅（SiC）、氮化鎵（GaN），引人注目。該化合物半導(dǎo)體帶隙大，擊穿耐壓高出硅的10倍左右。因此，化合物半導(dǎo)體類的半導(dǎo)體器件可以具有比Si器件薄的膜厚，并且可以大幅度降低開關(guān)元件的導(dǎo)通電阻值（Ron）。其結(jié)果，可以降低用電阻值（Ron）和導(dǎo)通電流（i）的積表示的所謂導(dǎo)通損失（Ron×i×i），大大幫助了電力效率的改善。著眼于這樣的特點(diǎn)，國內(nèi)外都在積極開展用化合物半導(dǎo)體作為材料的二極管、開關(guān)元件的開發(fā)很活躍。

當(dāng)著眼于開關(guān)器件時(shí)，作為用SiC作為材料的化合物半導(dǎo)體的結(jié)型FET（以下稱為JFET）很快實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的商業(yè)化。與MOSFET比較，JFET由于無需氧化膜，所以幾乎沒有氧化膜與SiC的界面處的缺陷及相伴的元件特性劣化的問題。而且，在JFET中，由于可以通過控制PN結(jié)中形成的耗盡層的延伸來控制JFET的導(dǎo)通和截止，所以也容易分別制作常斷型的元件和常通型的元件。這樣一來，如果與MOSFET比較，則JFET具有長期可靠性優(yōu)良，作為元件容易制造的特征。

但是，常斷型的JFET具有以下那樣的問題。JFET的柵極區(qū)域和源極區(qū)域分別是具有P型傳導(dǎo)和N型傳導(dǎo)的半導(dǎo)體區(qū)域，并且具有所謂的PN結(jié)二極管結(jié)構(gòu)。所以，當(dāng)柵極與源極之間的電壓到達(dá)3V左右時(shí)，柵極與源極之間的寄生二極管變成導(dǎo)通狀態(tài)。其結(jié)果，柵極與源極之間可能會流動大電流，JFET可能會過度發(fā)熱而導(dǎo)致?lián)舸Ｒ虼耍贘FET用作常斷型的開關(guān)元件時(shí)，希望通過把柵極與源極之間的電壓限制到2.5V左右的低電壓，使JFET保持在寄生二極管不被激活成導(dǎo)通狀態(tài)的狀態(tài)或者柵極與源極之間流動的二極管電流充分小的狀態(tài)，來利用JFET。

在由硅制成的通常的MOSFET中，通過施加0V到15V或者20V左右的柵極電壓，把常斷型的MOSFET設(shè)置為導(dǎo)通狀態(tài)。因此為了取代常斷型的MOSFET而利用常斷型的JFET，必須在現(xiàn)有的MOSFET的柵極驅(qū)動電路上，追加把15V或者20V左右的柵極電壓轉(zhuǎn)換成2.5V左右的電壓的降壓電路（例如DC/DC變換器）或電平轉(zhuǎn)換電路等。用于該目的的設(shè)計(jì)變更和部件追加會提高整個(gè)系統(tǒng)的成本。這樣一來，盡管JFET具有長期可靠性優(yōu)良和容易制作的特點(diǎn)，但由于柵極的驅(qū)動電壓與一般的MOSFET大大不同，所以產(chǎn)生必須進(jìn)行驅(qū)動電路的大的設(shè)計(jì)變更、整個(gè)系統(tǒng)的成本提高的問題。