[發明專利]半導體器件

有效

• 申請號: 201510975015.4
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN105720095B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: T.巴斯勒;J.G.拉文;H-J.舒爾策
• 申請（專利權）人: 英飛凌科技股份有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/72;H01L29/06;H01L29/40;H01L27/02
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 王洪斌;張濤

一種半導體器件，包括具有帶不同閾值電壓的至少兩個可開關區的有效面積。具體地，該器件包括：半導體基底，其包括定義功率器件的有效面積的多個可開關晶胞，每個可開關晶胞包括發射極區以及集電極區；發射極金屬化件，其與可開關晶胞的發射極區進行歐姆接觸；以及集電極金屬化件，其與可開關晶胞的集電極區進行歐姆接觸。

技術領域

本文所述的實施例涉及功率器件、故障保護電路、功率逆變器和斬波器應用程序。

背景技術

在功率系統中提供可以傳導額定電流的功率器件。在功率系統中發生故障或短路的情況下，功率器件被阻斷以避免功率器件的損壞。例如，對于為功率逆變器提供的功率器件而言，在功率逆變器故障或短路（例如電橋短路）的情況下，開關被脈沖阻斷以避免功率器件和整個逆變器系統的損壞。然而，這導致被連接到功率逆變器的負載的不對稱短路。在被連接到功率逆變器的風力渦輪機的發電機的情況下，在風力渦輪機中發生可導致風力渦輪機毀壞的機械應力（具體地以交變扭矩的形式）。

鑒于上述內容，需要進行改進。期望一種能夠使負載短路對稱的功率器件。因此，設想開發一種能夠在沒有去飽和作用的情況下傳導達到額定電流的20倍的電流的功率器件。

發明內容

根據實施例，一種功率器件包括具有定義功率器件的有效面積（active area）的多個可開關晶胞（cell）的半導體基底，所述可開關晶胞中的每一個具有發射極區以及集電極區、與可開關晶胞的發射極區進行歐姆接觸的發射極金屬化件以及與可開關晶胞的集電極區進行歐姆接觸的集電極金屬化件。所述有效面積包括第一可開關區和不同于第一可開關區的第二可開關區，其中，第一和第二可開關區中的每一個包括可開關晶胞中的一個或多個的至少一部分。第一可開關區具有在定義器件閾值的5V至10V范圍內的第一閾值，在所述器件閾值下功率器件變得導電以便在發射極金屬化件與集電極金屬化件之間連續地傳導功率器件的額定電流。其中，第二可開關區具有在定義功率器件的浪涌閾值的15V至25V范圍內的第二閾值，在該浪涌閾值下，功率器件變得可操作用于在發射極金屬化件與集電極金屬化件之間傳導浪涌電流，其中，功率器件的浪涌電流為功率器件的額定電流的至少五倍大。根據實施例，功率器件可以是IGBT。

根據實施例，一種用于功率系統的故障保護電路包括功率器件，其中，所述功率器件具有與功率器件的集電極區進行歐姆接觸的集電極端子和與功率器件的發射極區進行歐姆接觸的發射極端子，其中，集電極端子和發射極端子可與將受到故障保護電路保護的功率系統的各輸入端子相連。故障保護電路還包括可操作用于針對功率系統檢測過電壓或過電流的檢測電路，其中，該檢測電路可操作用于施加等于或高于功率器件的第二閾值的電壓，以在功率系統的輸入端子之間傳導浪涌電流，并因此使功率系統的輸入端子短路。根據實施例，功率器件可以是IGBT。

根據實施例，功率逆變器包括電橋電路，其包括第一半橋，該第一半橋包括被連接在第一節點與中間電路存儲器的高側節點之間的高側功率器件以及被連接在第一節點與中間電路存儲器的低側節點之間的低側功率器件。電橋電路還包括至少第二半橋，其具有被連接在第二節點與中間電路存儲器的高側節點之間的高側功率器件以及被連接在第二節點與中間電路存儲器的低側節點之間的低側功率器件。該功率逆變器還包括柵極驅動電路，其被與第一和第二半橋的高側器件和低側功率器件的每個柵極相連，并可操作用于為每個柵極提供各電壓以控制各功率器件的操作，其中，該柵極驅動電路可操作用于提供高于各功率器件的第一閾值電壓的第一電壓以及高于各功率器件的浪涌閾值的第二電壓，在所述第一閾值電壓下，各功率器件變得導電以便連續地傳導各功率器件的額定電流，其中，浪涌閾值為第一閾值的至少兩倍高，并定義各功率器件的浪涌電流操作面積的開始，在該開始時，各功率器件變得可操作用于傳導浪涌電流，其為各功率器件的額定電流的至少五倍高。

根據實施例，斷續器（crow bar）包括第一二極管電橋、第一節點以及功率器件。

根據實施例，斬波器應用包括用于與電源相連的第一輸入端子、用于與負載相連的第一輸出端子以及功率器件，其中，功率器件被與第一輸入端子和第一輸出端子并聯地電連接。