CN101414816A - 具有内置二极管igbt的半导体器件和具有内置二极管dmos的半导体器件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有内置二极管IGBT的半导体器件和具有内置二极管DMOS的半导体器件，根据本发明的半导体器件，包括：半导体衬底(80)；内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管(21a)和二极管(22a)，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元(10、30、40)，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，当所述反馈单元检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。

Description

具有内置二极管IGBT的半导体器件和具有内置二极管DMOS的半导体器件
技术领域
本发明涉及一种具有内置二极管IGBT的半导体器件和一种具有内置二极管DMOD的半导体器件
背景技术
在过去，已经提出了具有体二极管的IGBT，其具有二极管元件，并且在相同的半导体衬底上形成IGBT元件(例如，参考专利文献1，即，JP-A-351226，其对应于USP No.5,559,656)。具有体二极管的IGBT将二极管元件的阳极和IGBT元件的发射极形成为彼此共用，并且将二极管元件的阴极和IGBT元件的集电极形成为彼此共用。具有体二极管的IGBT例如被结合到倒相电路中，并且用于根据脉宽调制(PWM)控制方法来控制负载。
然而，当将常规的具有体二极管的IGBT结合到倒相电路中时，栅极信号通常是其相位在倒相电路的上下臂之间被颠倒的信号。因此，即使是在例如二极管元件续流时，也会将栅极信号输入到IGBT元件中。换而言之，二极管的动作(action)和IGBT元件的动作是同时发生的。顺便提及，IGBT元件的动作表示栅极信号被输入到IGBT元件中。
如上所述，当二极管元件的动作和IGBT元件的动作同时发生时，由于电极被形成为共用，则如果IGBT元件中的沟道导通，则二极管元件的阳极和阴极变为同一电势。由此，包含二极管元件的体二极管由于IGBT元件的栅极电势而不能容易地正向动作。结果，二极管元件的正向电压Vf增大，并且二极管元件造成的正向损耗增大。
作为通过设计一种器件结构来避免上述问题的方法，可以设想仅-二极管区域的形成，即，与IGBT的体二极管分离的不具有栅极的区域，如在(例如)“Proceedings of 2004 International Symposium on Power SemiconductorDevice & Amp；ICs”(pp261-264)中所述。然而，不作用为IGBT的区域，即仅执行二极管动作的区域扩展。由此，如果在芯片尺寸保持不变的情况下形成仅-二极管区域，则IGBT的导通状态的电压增加。顺便提及，如果二极管的导通电压固定，则芯片尺寸增加。
另一方面，对于dc-dc转换器，众所周知的是一种通过将具有体二极管的双扩散金属氧化物FET半导体(DMOS)作为开关器件结合到控制电路中来实施同步整流控制的方法。当电流流入包含在该具有体二极管的DMOS中的二极管元件中时，在二极管元件中产生正向电压，并且产生等同于该正向电压的dc损耗。因此，当实行这种同步整流控制时，通常采用以下方法：使用电流转换器来感测DMOS元件中的电流，以便将回流DMOS元件的栅极信号变为导通状态的电压电平(例如，参考JP-A-2004-180386)。
然而，需要电流转换器作为电流感测器件。这样就造成了电路规模变得较大的问题。作为解决该问题的一种方法，可以想到一种检测开关器件端子间电压的方法(例如，参考JP-A-2004-208407)。然而，根据该方法，需要其输入端子能够耐受高电源电压的控制IC。由于在产生高压时对抗噪性有着严格要求，因此就需要添加保护器件或任何其他高抵抗性的设计。这样就造成了控制IC成本增加的问题。
因此，需要通过避免二极管元件的动作与IGBT的动作之间的干扰，来防止在包含IGBT(其具有体二极管)的半导体器件中所包括的二极管所造成的正向损耗的增加。此外，对于在包含DMOS(其具有体二极管)的半导体器件中所包括的二极管元件，需要通过使二极管元件的动作与DMOS元件的动作同步，来避免增加二极管元件的正向电压的损耗。
例如，如JP-A-2004-88001中所述，可以想到一种方法，该方法使用了结构与绝缘栅双极晶体管(IGBT)元件相同的电流检测元件，用于检测是否有电流流入续流二极管(FWD)元件，将检测结果反馈到栅极驱动电路，并且当FWD元件运行时，将IGBT元件的栅极驱动信号设置为截止状态的电压电平。然而，由于具有这种结构的电流检测元件受到栅极电势的影响，因此电流不能容易地流入电流检测元件中。因此，在电流检测元件处不能形成检测电压。换而言之，不能精确地执行反馈，并且不能高效抑制整流二极管元件所造成的正向损耗的增加。
因此，需要提供一种半导体器件，其能够在不考虑将FWD元件合并到IGBT元件中的结构的情况下，抑制由FWD元件造成的正向损耗的增加。
发明内容
考虑到以上问题，本公开的一个目的是提供一种具有内置二极管IGBT的半导体器件。本公开的另一目的是提供一种具有内置二极管DMOS的半导体器件。
根据本公开内容的第一方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。当所述反馈单元检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
在以上半导体器件中，能够避免所述二极管的动作与所述IGBT的动作之间的干扰。此外，由于所述二极管和IGBT同时导通，因此能够避免所述二极管的正向电压中的损耗的增加。
根据本公开的第二方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管，其具有设置在所述衬底中的双扩散金属氧化物半导体晶体管和二极管；其中，所述双扩散金属氧化物半导体晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，当所述反馈单元检测到经过所述二极管的正向电流时，所述反馈单元驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，以使得具有与所述正向电流的正向方向相同的方向的电流流过所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。
在以上半导体器件中，能够防止当所述正向电流流入所述二极管中时在等同于正向电压的dc损耗中的增加。
根据本公开的第三方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，耦合到所述二极管电流感测元件；以及反馈单元。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。所述反馈单元提供第一二极管电流阈值，其定义所述二极管元件是否有电流通过。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管导通，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管截止。
在以上半导体器件中，能够避免所述二极管的动作与所述IGBT的动作之间的干扰。此外，能够避免所述二极管的正向电压中的损耗的增加。
根据本公开的第四方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，其与所述二极管电流感测元件耦合；以及第一和第二反馈单元。所述第一反馈单元提供判定阈值，该判定阈值定义了所述绝缘栅双极晶体管是否处于导通状态。所述第一反馈单元将所述绝缘栅双极晶体管的栅极电压与所述判定阈值相比较。当所述栅极电压大于所述判定阈值时，所述第一反馈单元输出第一二极管电流阈值。所述第一二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管处于导通状态。当所述栅极电压等于或小于所述判定阈值时，所述第一反馈单元输出第二二极管电流阈值。所述第二二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管处于截止状态，并且所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。所述驱动信号是从外部单元输出到所述第二反馈单元中的。当所述感测电阻器的两端间的电压下降时，所述第二反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述感测电阻器的两端间的电压增加时，所述第二反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，并且在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
在以上半导体器件中，能够稳定地控制IGBT而不会出现波动。此外，能够避免所述二极管的动作与所述IGBT的动作之间的干扰，从而防止所述二极管中的正向损耗的增加。
根据本公开的第五方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管单元和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元包括绝缘栅双极晶体管和IGBT电流感测元件，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，与所述IGBT电流感测元件和所述二极管电流感测元件耦合；IGBT反馈单元；以及二极管施密特单元。所述驱动信号是从外部单元输入所述IGBT反馈单元中的。所述IGBT反馈单元提供过电流阈值，该过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管。所述IGBT反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述过电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述IGBT反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。当所述感测电阻器的两端间的电压大于所述过电流阈值时，所述IGBT反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。所述驱动信号还从所述外部单元输出到所述二极管施密特单元中。所述二极管施密特单元提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义了是否有电流通过所述二极管元件，并且所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述感测电阻器的两端间的电压下降时，所述二极管施密特单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述感测电阻器的两端间的电压增加时，所述二极管施密特单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，并且在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
在以上器件中，二极管施密特单元能够避免在实现IGBT中的反馈控制期间发生颤动。此外，当过电流流入IGBT中时，IGBT反馈单元停止驱动IGBT，以保护IGBT不被破坏。
根据本公开的第六方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管单元和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元包括绝缘栅双极晶体管和IGBT电流感测元件，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；第一感测电阻器，其与所述IGBT电流感测元件耦合；第二感测电阻器，其与所述二极管电流感测元件耦合；IGBT施密特单元；二极管施密特单元。所述驱动信号是从外部单元输入到所述IGBT施密特单元中的。所述IGBT施密特单元提供第一过电流阈值和第二过电流阈值，所述第一过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管，所述第二过电流阈值小于所述第一过电流阈值。当所述第一感测电阻器的两端间第一电压增加时，所述IGBT施密特单元将该第一电压与所述第一过电流阈值相比较。在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压等于或小于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压大于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述第一电压下降时，所述IGBT施密特单元将该第一电压与所述第二过电流阈值相比较。在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压大于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压等于或小于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。所述驱动信号还从所述外部单元输入到所述二极管施密特单元。所述二极管施密特单元提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义了是否有电流通过所述二极管元件，所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述第二感测电阻器的两端间的第二电压减小时，所述二极管施密特单元将该第二电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述第二电压增加时，所述二极管施密特单元将该第二电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，以及在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
在以上器件中，能够避免在所述二极管中的正向损耗的增加，并且能够避免IGBT的颤动。此外，由于用不同的感测电阻器来感测流入所述IGBT感测元件中的电流和流入所述二极管元件中的电流，因此能够根据所述IGBT感测元件和二极管感测元件的输出特性，来设计所述阈值。
根据本公开的第七方面，一种半导体器件，包括：具有第一导电类型的半导体衬底，其具有第一主表面和第二主表面，并且包括主区域和感测区域，其中，所述感测区域在所述第一主表面上的面积小于所述主区域；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底的所述主区域中的绝缘栅双极晶体管和续流二极管，其中，所述绝缘栅双极晶体管具有栅电极并且由输入到所述栅电极中的驱动信号所驱动；设置在所述衬底的所述感测区域中的二极管电流感测元件。所述续流二极管包括具有第二导电类型的FWD阳极以及具有所述第一导电类型的FWD阴极。所述FWD阳极由所述衬底的所述主区域在所述第一主表面上的第一表面部分提供，并且所述FWD阳极提供所述绝缘栅双极晶体管的基极。所述FWD阴极设置在所述衬底的所述主区域在所述第二主表面上的第二表面部分中。所述绝缘栅双极晶体管包括集电极，其设置在所述衬底的所述主区域在所述第二主表面上的、不同于所述第二表面部分的第三表面部分中。所述二极管电流感测元件包括具有所述第二导电类型的感测元件阳极。所述感测元件阳极设置在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的第四表面部分中，并且通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述续流二极管的电流成比例。
在以上器件中，能够有效地抑制FWD二极管所造成的正向损耗的增加。
附图说明
在以下参考附图所作出的详细描述中，本发明的以上和其他的目的、特征和优点将会变得更为明显。在附图中：
图1是根据第一实施例的半导体器件的电路图；
图2示出了感测电阻器的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1、过电流感测阈值Vth2、以及在第一实施例中建立的反馈电路的输出之间的关系；
图3是根据第二实施例的半导体器件的电路图；
图4示出了感测电阻器的端子间的电势差Vs、第一二极管电流感测阈值Vth1、第二二极管电流感测阈值Vth1’、过电流感测阈值Vth2、以及在第二实施例中建立的反馈电路的输出之间的关系；
图5A是根据第三实施例的半导体芯片的整体示意图，图5B是图5A中所示的半导体芯片中存储的半导体器件的电路图；
图6A是根据第四实施例的半导体芯片的整体示意图，图6B示出图6A中所示的半导体芯片的背部的结构；
图7是根据第五实施例的半导体器件的电路图；
图8示出了感测电阻器的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1、过电流感测阈值Vth2、以及在第五实施例中建立的反馈电路的输出之间的关系；
图9是根据第六实施例的半导体芯片的平面图；
图10是根据第六实施例的半导体器件的电路图；
图11示出了感测电阻器的端子间的电势差Vs、第一二极管电流感测阈值Vth1、第二二极管电流感测阈值Vth1’、以及在第六实施例中建立的反馈电路的输出之间的关系；
图12示出了感测电阻器的端子间的电势差Vs、第一二极管电流感测阈值Vth1、第三二极管电流感测阈值Vth1”、以及在第七实施例中建立的反馈电路的输出之间的关系；
图13是根据第八实施例的半导体器件的电路图；
图14是根据第九实施例的半导体器件的电路图；
图15示出了流入二极管元件的电流与感测电阻器的端子间的电势差Vs之间的关系；
图16A示出了第一反馈电路的输出相对于AND电路输出的栅极电势Vg之间的关系；
图16B示出了第二反馈电路的输出相对于电势差Vs之间的关系；
图17是根据第十实施例的半导体器件的电路图；
图18A示出了IGBT反馈电路的输出相对于电势差Vs之间的关系；
图18B示出了二极管施密特电路的输出相对于电势差Vs之间的关系；
图19是根据第十一实施例的半导体器件的电路图；
图20A示出了IGBT感测反馈电路的输出相对于电势差Vs1之间的关系；
图20B示出了二极管感测施密特电路的输出相对于电势差Vs2之间的关系；
图21是根据第十二实施例的半导体芯片的平面图；
图22是示出根据第十三实施例的半导体器件的轮廓结构的平面图；
图23是沿着图22中的XXIII-XXIII切削平面线的截面图；
图24示出了适于该半导体器件的反馈电路的示例；
图25示出了感应电阻器的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1、过电流感测阈值Vth2、以及反馈单元的输出之间的关系；
图26是示出根据第十四实施例的半导体器件的轮廓结构的截面图；
图27是示出一种变体的截面图；
图28是示出根据第十五实施例的半导体器件的轮廓结构的截面图；以及
图29是示出另一变体的平面图。
具体实施方式
(第一实施例)
以下将参考附图描述本公开的第一实施例。本实施例的半导体器件用作待结合到电动和混合动力车辆(EHV)的倒相器模块中的功率开关器件(其可以被称作具有体二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)器件)。
图1是根据本实施例的半导体器件的电路图。如图所示，该半导体器件包括AND电路10、具有体二极管的IGBT 20、感测电阻器30、以及反馈电路40。
AND电路10是逻辑电路，其在所有输入信号为高电平时输出高电平信号，即所谓的AND门。用来驱动具有体二极管的IGBT 20的外部脉宽调制(PWM)栅极信号和反馈电路40的输出被输入到AND电路10。顺便提及，PWM栅极信号由外部PWM信号发生电路等产生，并施加到AND电路10的输入端子。此外，PWM栅极信号等同于驱动信号。
具有体二极管的IGBT 20包括IGBT部21和二极管部22。具有体二极管的IGBT 20具有在同一半导体衬底上形成的IGBT部21和二极管部22。
IGBT部21包括用于连接到负载等的主单元的IGBT元件21a和用于电流检测单元的IGBT感测元件21b，电路检测单元用于检测流入主单元IGBT元件21a的电流。IGBT元件21a和IGBT感测元件21b被形成为具有相同结构。与流入IGBT感测元件21b的电流成比例的电流流入IGBT元件21a。IGBT元件21a和IGBT感测元件21b被形成为具有例如沟槽栅极结构，并且其栅极被形成为共用。
顺便提及，对于IGBT元件21a和IGBT感测元件21b，例如，可以采用每个都具有沟槽栅极结构的元件，其中，所述沟槽栅极结构包括沟槽、栅极绝缘膜、和栅电极。具体而言，在n型漂移层(drift layer)的表面部中形成被定义为沟道区域的p型基极区域，在各个p型基极区域的表面部中形成n+型源极区域，将沟槽形成为穿过n+型源极区域和p型基极区域，以到达n-型漂移层。此外，在各个沟槽的内壁上依次形成由SiO2制成的栅绝缘膜和由多晶硅制成的栅电极。
基于经过AND电路10的脉宽调制(PWM)栅极信号，控制主单元IGBT元件21a和电流检测单元IGBT感测元件21b的栅极电压。具体而言，例如，当被允许经过AND电路10的PWM栅极信号是高电平信号时，能够导通IGBT元件21a，以便对其进行驱动。当PWM栅极信号是低电平信号时，能够截止IGBT元件21a，以便停止对其进行驱动。另一方面，当PWM栅极信号停止通过AND电路10时，则不再驱动IGBT元件21a和IGBT感测元件21b。
此外，负载或电源(未示出)连接到IGBT元件21a的集电极，主电流在IGBT元件21a的集电极及其发射极之间流动。在电流检测单元侧的IGBT感测元件21b的集电极与在主单元侧的IGBT元件21a的集电极形成为共用，并且在电流检测单元侧的IGBT感测元件21a的发射极连接到感测电阻器30的一个端子。感测电阻器30的另一个端子连接到IGBT元件21a的发射极。因此，从在电流检测单元侧的IGBT感测元件21b的发射极流出的用于电流检测的感测电流，即与流入主单元IGBT元件21a的电流成比例的电流，流入感测电阻器30，并且感测电阻器30的端子之间的电势差Vs被反馈回反馈电路40。
二极管部22用来对流入IGBT元件21a的负载电流进行整流，并且其包括连接到IGBT元件21a的主单元的二极管元件22a和用于检测流入主单元二极管元件22a的电流的电流检测单元的二极管感测元件22b。主单元二极管元件22a和电流检测单元二极管感测元件22b的阴极被形成为共用。
二极管部22中包含的二极管元件22a的阳极连接到IGBT元件21a的发射极，二极管感测元件22b的阳极连接到感测电阻器30的一个端子。二极管元件22a和二极管感测元件22b的阴极连接到IGBT元件21a的集电极。
顺便提及，对于二极管元件22a和二极管感测元件22b，例如，可以采用具有多个沟槽栅极结构的元件，所述沟槽栅极结构与IGBT部21的沟槽栅极结构相同，其是在半导体衬底的表面部中形成的，并且具有在n型硅衬底的背面形成的n+型区域。在该结构中，在IGBT部21中包括的p型基极区域和n型漂移层能够充当pn二极管。
反馈电路40确定是否有电流流入二极管元件22a或者是否有过电流流入IGBT元件21a。基于该确定的结果，反馈电路40允许或停止输入到AND电路10中的PWM栅极信号的通过。因此，反馈电路40具有二极管电流感测阈值Vth1和过电流感测阈值Vth2，二极管电流感测阈值Vth1用于确定是否有电流流入二极管元件22a，过电流感测阈值Vth2用于确定是否有过电流流入IGBT元件21a。在本实施例中，二极管电流感测阈值Vth1和过电流感测阈值Vth2设定为电压值。
如果IGBT元件21a被正常驱动，即如果没有电流流入二极管元件22a，则电流从IGBT感测元件21b流到感测电阻器30。假设将在IGBT元件21a的发射极上的电势看作是参考值，则感测电阻器30的端子间的电势差Vs具有正值。相反的，如果电流流入二极管元件22a，则电流从感测电阻器30流到二极管感测元件22b。假设将在IGBT元件21a的发射极上的电势看作是参考值，则感测电阻器30的端子间的电势差Vs变为负。从而，二极管电流感测阈值Vth1被设定为负值，以便检测是否有电流流入二极管元件22a。
另一方面，当IGBT元件21a被正常驱动时，如上所述，感测电阻器30的端子间的电势差Vs呈现为正值。然而，如果由于从IGBT感测元件21b流到感测电阻器30的感测电流的值增加，从而过电流流入IGBT元件21a，则过电流感测阈值Vth2被设定为正值。
为了驱动IGBT元件21a，反馈电路40输出允许输入到AND电路10的PWM栅极信号通过的信号，并且输入感测电阻器30的端子间的电势差Vs。如果电势差Vs小于二极管电流感测阈值Vth1或大于过电流感测阈值Vth2，则反馈电路40输出停止使输入到AND电路10的PWM栅极信号通过的信号。此外，反馈电路40是由例如运算放大器等等的组合形成的。到此为止已经描述了根据本实施例的半导体器件的整体结构。
顺便提及，AND电路10、感测电阻器30和反馈电路40等同于反馈模块(means)或反馈单元。
接下来，将参考图2描述半导体器件中的动作。图2示出了感测电阻器30的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1、过电流感测阈值Vth2和反馈电路40的输出之间的关系。IIA表示电势差Vs等于或小于二极管电流感测阈值Vth1的区域，并且示出了检测到二极管电流，从而停止使栅极信号通过。IIB表示电势差Vs等于或大于过电流感测阈值Vth2的区域，并示出了检测到过电流，从而停止栅极信号的通过。首先，以下将描述半导体器件中的正常动作。
由PWM信号发生电路或任何其他外部电路产生PWM栅极信号作为驱动信号，其驱动半导体器件的IGBT元件21a，并且将该PWM栅极信号输入到AND电路10。另一方面，二极管元件22a保持截止，没有电流流入二极管感测元件22b。由此，感测电阻器30的连接到IGBT感测元件21b的一个端子上的电势变为高于其连接到IGBT元件21a的发射极的另一端子上的电势。由此，以在IGBT元件21a的发射极上的电势为参考，感测电阻器30的端子间的电势差Vs呈现为正值。
由此，如图2所示，电势差Vs大于负二极管电流感测阈值Vth1。反馈电路40确定没有电流流入二极管元件22a。由此，如图2所示，反馈电路40的输出被设定为高电平，并输入到AND电路10。当高电平的PWM栅极信号和反馈电路40的该输出被输入到AND电路10中时，允许PWM栅极信号通过AND电路10，并输入到IGBT部21。由此使栅极IGBT部21导通。因此，IGBT元件21a被驱动，并且电流流入连接到IGBT元件21a的集电极或发射极上的负载(未示出)。
当电流流入二极管元件22a时，由于在感测电阻器30的连接到IGBT元件21a的发射极的端子上的电势变为高于其连接到IGBT元件21b的发射极上的另一端子上的电势，因此，以IGBT元件21a的发射极上的电势为参考，感测电阻器30的端子间的电势差Vs变为负。
由此，当电势差Vs小于二极管电流感测阈值Vth1时，反馈电路40确定有电流流入二极管元件22a。因此，反馈电路40的输出是如下的一种输出，该输出使得待输入到AND电路的PWM栅极信号的停止通过，并且该反馈电路40的输出被输入到AND电路10中。
由于用以驱动IGBT部21的信号未从AND电路10输入，因此停止驱动IGBT元件21a。换而言之，当二极管元件22a在正向上动作时，IGBT元件21a不动作。
只要IGBT元件21a和二极管元件22a是在同一半导体衬底上形成的，就不会发生以下情况：当二极管元件22a在正向上动作时，如果IGBT元件21a的沟道导通，则二极管元件22a的阳极和阴极变为同一电势。因此，由于IGBT元件21a的栅极电势，二极管元件22a将不能容易地动作。换而言之，能够防止二极管元件22a的动作与IGBT元件21a的动作之间的干扰，更具体而言是二极管元件22a上的电势与IGBT元件21a的栅极信号之间的干扰。由此，由于能够防止二极管元件22a的正向电压的增加，因此能够避免二极管元件22a的正向电压中的损耗的增加。
另一方面，如果过电流流入IGBT元件21a，则从IGBT感测元件21b流向感测电阻器30的感测电流与该过电流成比例地增加。当IGBT元件21a正常动作时，电势差Vs变为高于在电流流入IGBT元件21a时所获得的电势差Vs。
由此，当电势差Vs变为大于过电流感测阈值Vth2时，反馈电路40确定有过电流流入IGBT元件21a。最后，如上所述，反馈电路40的输出使待输入到AND电路10的PWM栅极信号停止通过，并且停止驱动IGBT元件21a。因此，能够保护IGBT元件21a不会被流入IGBT元件21a的过电流损坏。
如上所述，在本实施例中，定义了二极管电流感测阈值Vth1和过电流感测阈值Vth2。因此，如果以IGBT元件21a的发射极上的电势为参考，感测电阻器30的端子间的电势差Vs等于或大于二极管电流感测阈值Vth1或者等于或小于过电流感测阈值Vth2，则反馈电路40的输出使待输入到AND电路10的PWM栅极信号停止通过。
如上所述，在本实施例中，二极管感测元件22b和感测电阻器30感测流入二极管元件22a的电流。换而言之，通过监测连接到IGBT感测元件21b的感测电阻器30的端子间的电势差Vs，来确定是否有电流流入二极管元件22a。基于该确定的结果，使用反馈电路40的输出来允许或禁止输入到AND电路10的PWM栅极信号的通过。
由此，如果电流流入二极管元件22a，则停止驱动IGBT元件21a，即，使待输入到AND电路10的PWM栅极信号停止通过，并停止IGBT元件21a。因此，能够防止IGBT元件21a的动作和二极管元件22a的动作彼此相互干扰。由此，能够防止当IGBT元件21a与二极管元件22a的动作一起进行时发生的二极管元件22a的正向电压Vf的增加。最终，能够防止二极管元件22a的正向电压Vf中的增加所造成的正向损耗的增加。
此外，反馈电路40感测流入感测电阻器30的电流，以便由此确定是否有过电流流入IGBT元件21a。如果反馈电路40确定有过电流流入IGBT元件21a，则能够停止驱动IGBT元件21a。因此能够防止IGBT元件21a被损坏。
此外，由于该半导体器件是采用AND电路10、感测电阻器30和反馈电路40构成的，因此不需要修改具有体二极管的IGBT 20的元件结构，并且也不需要增大芯片尺寸。
(第二实施例)
在本实施例中，检测半导体器件的温度，基于所检测温度，将二极管电流感测阈值Vth1变为另一值。
图3是根据本实施例的半导体器件的电路图。如图所示，根据本实施例的半导体器件具有温度感测二极管元件50，其添加到图1所示的结构中。
温度感测二极管元件50用于测量该半导体器件的温度，具体而言，具有体二极管的IGBT 20的温度。温度感测二极管元件50输出基于温度的电压，即，其正向电压是变化的，并且温度感测二极管元件50输出基于随着具有体二极管的IGBT 20的动作而耗散的热量的正向电压。
通过在形成于半导体衬底上的绝缘膜上形成多晶硅层作为n型层或p型层，来构建温度感测二极管元件50。如图3所示，本发明所采用的电路形式为：四个温度感测二极管元件50彼此串联；温度感测二极管元件50的总正向电压Vm输入到反馈电路40，该总正向电压是相对于地的正向电压。
恒定电流从反馈电路40流到温度感测二极管元件50。如上所述，温度感测二极管元件50的根据温度而变化的正向电压Vm输入到反馈电路40中。
此外，在本实施例中，反馈电路40具有两个二极管电流感测阈值Vth1和Vth1’。以下，将阈值Vth1称为第一二极管电压感测阈值，而将阈值Vth1’称为第二二极管电流感测阈值。第二二极管电流感测阈值Vth1’被设定为大于第一二极管电压感测阈值Vth1的值。
此外，如果反馈电路40确定从温度感测二极管元件50输出的正向电压Vm超过表示具有体二极管的IGBT 20的高温状态的温度阈值，则反馈电路40将感测电阻器30的端子间的电势差Vs与第二二极管电流感测阈值Vth1’相比较，但是并不将电势差Vs与第一二极管电压感测阈值Vth1相比较。
具体而言，当具有体二极管的IGBT 20进入高温状态时，反馈电路40使得无论流入二极管元件22a中的电流如何小，都较容易确定是否有电流流入二极管元件22a。由此，即使是当微量的电流流入二极管元件22a中时，反馈电路40也停止驱动IGBT元件21a，从而抑制具有体二极管的IGBT 20的热耗散。
接下来，以下将参考图4，描述当具有体二极管的IGBT 20进入高温状态时该半导体器件中待执行的动作。图4示出了感测电阻器30的端子间的电势差Vs、第一二极管电压感测阈值Vth1、第二二极管电流感测阈值Vth1’、过电流感测阈值Vth2以及反馈电路40的输出之间的关系。IVA表示电势差Vs等于或小于第一二极管电压感测阈值Vth1’的区域，并且示出了检测到二极管电流，从而使栅极信号停止通过。IVB表示电势差Vs等于或大于过电流感测阈值Vth2的区域，并且示出了检测到过电流，从而使栅极信号停止通过。
与第一实施例类似，当PWM栅极信号和反馈电路40的输出两者输入到AND电路10中时，允许输入到AND电路10中的PWM栅极信号通过，并且驱动IGBT元件21a。在该情况下，温度感测二极管元件50检测到基于具有体二极管的IGBT 20的温度的正向电压Vm，并且将其输入到反馈电路40。
如果反馈电路40确定从温度感测二极管元件50输入的正向电压Vm超过温度阈值，则如图4所示，将第一二极管电压感测阈值Vth1改变为第二二极管电流感测阈值Vth1’。
由此，尽管流入感测电阻器30中的感测电流小于当将电势差Vs与第一二极管电压感测阈值Vth1相比较时所检测的电流，但是能够确定电流流入二极管元件22a。
当感测电阻器30的端子间的电势差Vs变为小于第二二极管电流感测阈值Vth1’时，反馈电路40确定有电流流入二极管元件22a。与第一实施例的情况类似，停止驱动IGBT元件21a。
如上所述，当具有体二极管的IGBT 20的温度变高时，用于确定是否有电流流入二极管元件22a的标准从一个值变为另一个值。这使得容易确定是否有电流流入二极管元件22a。由此，即使是流入二极管元件22a的电流具有较小的电流值时，也能够防止二极管元件22a上的电势干扰IGBT元件21a的栅极信号。此外，由于停止驱动IGBT元件21a，因此能够抑制具有体二极管的IGBT 20的热耗散。
(第三实施例)
在第二实施例中，组件被构建为多个独立部分。在本实施例中，将第二实施例中的组件集成到一个芯片中。
图5A示出了根据本实施例的半导体芯片60的整体示意图。图5B是半导体芯片60中包含的电路的电路图。如图5A中所示，半导体芯片60包括：具有体二极管的IGBT 20、温度感测二极管元件50、处理电路单元70、电流感测元件61，栅极焊盘62、以及保护环63。
图5A中所示的处理电路单元70包括图5B中所示的反馈电路40、AND电路10、感测电阻器30。反馈电路40例如以薄膜晶体管电路形成。
此外，电流感测元件61分别感测流入IGBT元件21a和二极管元件22a的电流。在本实施例中，二极管感测元件22b并未包含在具有体二极管的IGBT 20中，并且电流感测元件61检测流入IGBT元件21a的电流。在本实施例中，电流感测元件61分别感测流入感测IGBT元件21a和二极管元件22a的电流。当假设电流感测元件61感测到这两个电流时，就意味着，电流感测元件61能够检测流入二极管元件22a的电流和流入IGBT元件21a的电流两者。
温度感测二极管元件50置于例如半导体芯片60的中央。由于半导体芯片60处于运行中时耗散的热量集中于半导体芯片60中央，半导体芯片60中央的温度因而最高，因此将温度感测二极管元件50置于半导体芯片60中央。
栅极焊盘62是连接到AND电路10的输入端子上的电极，将PWM栅极信号从外部施加给该栅极焊盘62。
围绕具有体二极管的IGBT 20、温度感测二极管元件50、处理电路单元70、电流感测元件61和栅极焊盘62的保护环63设置在半导体芯片60的外围。该保护环63用于确保半导体芯片60的绝缘强度。
如上所述，当将半导体器件结合到半导体芯片60中时，能够采用通用电路作为用来驱动IGBT部21的PWM控制电路。
(第四实施例)
图6A是根据该实施例的半导体芯片60的整体示意图。图6B示出了图6A中所示的半导体芯片60的背面结构。与第三实施例类似，图6A中所示的半导体芯片60包括在图5B的电路图中所示的半导体器件。
如图6A所示，在该实施例中，与第三实施例不同，二极管感测元件22b和IGBT感测元件21b彼此独立地结合到半导体芯片60中。
如图6B所示，半导体芯片60形成在n型衬底80中，在半导体芯片60的背面，交替地重复设置实现IGBT部21的p+型区域81和实现二极管部22的n+型区域82。
通常，由于在芯片背面在IGBT感测元件21b中仅形成p+型区域81，因此电流流入IGBT感测元件21b但是电流几乎不流入二极管感测元件22b。然而，在该实施例中，由于n+型区域82s是与p+型区域81一起设置的(两侧对齐)，因此能够增加二极管感测元件22b的输出。最终，能够增强电流检测灵敏度。
(第五实施例)
在第一到第四实施例中，采用具有体二极管的IGBT 20作为开关器件。在该实施例中，采用了双扩散金属氧化物FET半导体(DMOS)。
具体而言，结合到DMOS中的感测元件用于感测流入二极管元件中的极性，以便通过DMOS的动作实现二极管的动作。在二极管元件在正向动作期间，将DMOS元件的栅极信号变为导通状态电压电平，以使得与流入二极管元件中的电流相同方向的电流将会流入DMOS元件。因此，防止了电流流入在其中产生有正向电压的二极管元件。最终，能够防止二极管元件中的dc损耗的增加。
图7是根据本实施例的半导体器件的电路图。如图所示，该半导体器件包括具有体二极管的DMOS 100、感测电阻器30、反馈电路200。该具有体二极管的DMOS 100与感测电阻器30的连接形式与图1中所示的相同。
具有体二极管的DMOS 100包括DMOS部110和二极管部120。具有体二极管的DMOS 100使该DMOS部110和二极管部120形成在同一半导体衬底中。
DMOS部110包括用作连接到负载等的主单元的DMOS元件111和用作电流检测单元的DMOS感测元件112，电流检测单元用于检测流入主单元DMOS元件111中的电流。DMOS元件111和DMOS感测元件112被形成为具有相同的结构。流入DMOS元件111的电流与流入DMOS感测元件112的电流成比例。主单元DMOS元件111和电流检测单元DMOS感测元件112中的栅极电压由反馈电路200控制。
二极管部120包括用作主单元的二极管元件121和用作电流检测单元的二极管感测元件122，主单元连接到DMOS元件111，电流检测单元用于检测流入主单元二极管元件121中的电流。
反馈电路200在电流流入主单元DMOS元件111中时输入感测电阻器30的端子间产生的电势差Vs，基于该电势差Vs确定是否有电流流入二极管元件121，并且基于该确定结果来控制对DMOS元件111的驱动。因此，反馈电路200具有二极管电压感测阈值Vth1，用于确定是否有电流流入二极管元件121中。二极管电压感测阈值Vth1被设定为例如电压值。与第一实施例类似，将二极管电流感测阈值Vth1设定为负值，以便检测是否有电流流入二极管元件121中。顺便提及，当从电源300向反馈电路200施加电压时，反馈电路200开始动作。
接下来，将参考图8描述在该半导体器件中的动作。图8示出了感测电阻器30的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1和反馈电路200的输出之间的关系。VIII表示电势差Vs等于或小于二极管电压感测阈值Vth1的区域，并且示出了检测到二极管电流，从而允许栅极信号通过。
开始，在二极管元件121以同步整流模式动作时，电流正向流入二极管元件121，即，从二极管元件121的阳极到其阴极。因此，电流同样流入了二极管感测元件122。因此，在连接到二极管感测元件122的感测电阻器30中产生电势差。
具体而言，当正向电流流入二极管元件121中时，感测电阻器30的连接到DMOS元件111的源极的一个端子上的电势变为高于其连接到DMOS感测元件112的源极的另一个端子上的电势。因此，将DMOS元件111的源极上的电势作为参考，感测电阻器30的端子间的电势差Vs为负值。该负电势差Vs被输入到反馈电路200中，并且与负二极管电压感测阈值Vth1相比较。如果该电势差Vs具有比二极管电压感测阈值Vth1更大的负值，则反馈电路200产生用于使DMOS元件111导通的栅极信号(高电平)，由此使DMOS元件111导通。
当电流流入了二极管元件121中时，需要正向电压Vf。这导致了在结合该半导体器件的电路中产生dc损耗。然而，当DMOS元件111导通时，DMOS元件111充当布线(电阻性元件)。因此，电流从DMOS元件111的源极流到其漏极，但是没有电流流入二极管元件121中。换而言之，反馈电路200使DMOS元件111导通，以使得在与二极管元件121的正向电流流动方向相同的方向上取向的电流流入DMOS元件111中。因此，在正向上流入二极管元件121的电流流入到DMOS元件111中。由此，防止了使正向电流流入二极管元件121所需的正向电压Vf中的损耗的增加。
另一方面，在二极管元件121中执行整流操作。在电流以相反的方向流入二极管元件121中时，感测电阻器30的连接到DMOS感测元件112的一个端子上的电势变为高于其连接到DMOS元件111的源极上的另一端子上的电势。以DMOS元件111的源极上的电势作为参考，感测电阻器30的端子间的电势差Vs为正值。如果反馈电路200确定该正电势差Vs的值大于负二极管电压感测阈值Vth1的值，则产生用于使DMOS元件111截止的栅极信号(低电平)，如图8所示。DMOS元件111被反馈电路200截止。因此，当在二极管元件121中执行整流操作时，DMOS元件111被截止。
如上所述，根据该实施例，在利用具有体二极管的DMOS100的半导体器件中，当正向电流流入二极管元件121中时，DMOS元件111导通，以使得电流流入DMOS元件111。由此，当正向电流流入二极管元件121中时，将不会发生在二极管元件121中产生的正向电压Vf中的损耗。能够实现低损耗的开关动作。
(第六实施例)
在本实施例中，图7中所示的作为第五实施例的电路对半导体器件的温度进行检测。与第二实施例类似，根据所检测的温度将二极管电压感测阈值Vth1改变为另一值。
图9是本实施例的半导体芯片60的平面图。如图9所示，半导体芯片60包括具有体二极管的DMOS 100、温度感测二极管元件50、处理电路单元71、电流感测元件61、栅极焊盘62、保护环63、源极焊盘64和电源焊盘65。
源极焊盘64是连接到负载的电极。电源焊盘65是在从电源向反馈电路200施加电压时使用的电极。假设图9中所示的半导体芯片60的表面是其正面，漏极焊盘设置在半导体芯片60的背面。图10示出了该结构的等效电路。
在图10中，处理电路单元71包括反馈电路200和感测电阻器30。此外，图3中所示的温度感测二极管元件50连接到反馈电路200。恒定电流从反馈电路200流到温度感测二极管元件50。如先前所述的，将根据温度而变化的温度感测二极管元件50的正向电压Vm输入到反馈电路200中。
与第二实施例类似，反馈电路200具有第一二极管电压感测阈值Vth1和比该第一二极管电压感测阈值Vth1大的第二二极管电流感测阈值Vth1’。如果反馈电路200确定从温度感测二极管元件50输入的正向电压Vm超过表示具有体二极管的DMOS 100的高温状态的温度阈值，则反馈电路200将感测电阻器30的端子间的电势差Vs与第二二极管电流感测阈值Vth1’相比较，但是并不将该电势差Vs与第一二极管电压感测阈值Vth1相比较。
具体而言，如图11所示，当具有体二极管的DMOS 100进入高温状态时，反馈电路200使得不管流入二极管元件121中的电流如何小，都容易确定是否有电流流入二极管元件121中。由此，即使是当微量的电流流入二极管元件121中时，反馈电路200也会驱动DMOS元件121a，从而使正向电流不会流入二极管元件121中。XI表示电势差Vs等于或小于第二二极管电流感测阈值Vth1’的区域，并且示出了检测到二极管电压，从而允许栅极信号通过。
如上所述，当半导体器件在高温上操作并且在高温中二极管元件121中的损耗会导致问题时，反馈电路200降低在感测二极管电流时使用的阈值。因此，防止了甚至是流入二极管元件121中的较小电流中的dc损耗，并且能够抑制二极管元件121的热量耗散。
(第七实施例)
在本实施例中，提高了噪声抵抗力，以克服噪声造成的电势差Vs波动的情况。
由此，反馈电路200具有比二极管电流感测阈值Vth1大的二极管电流感测阈值Vth1”。在此，将二极管电流感测阈值Vth1称为第一二极管电流感测阈值，将二极管电流感测阈值Vth1”称为第三二极管电流感测阈值。
如图12所示，当电势差Vs的值变为负时，反馈电路200使用第一二极管电流感测阈值Vth1来确定是否应驱动DMOS元件111。另一方面，当电势差Vs的值变为正时，反馈电路200使用第三二极管电流感测阈值Vth1”来确定是否应驱动DMOS元件111。因此，反馈电路200类似施密特电路一样动作。XII表示电势差Vs等于或小于第一二极管电流感测阈值Vth1的区域，并且示出了检测到二极管电流，从而允许栅极信号通过。
由此，即使在噪声造成了电势差Vs波动时，由于第一二极管电流感测阈值Vth1和第三二极管电流感测阈值Vth1”之间具有噪声容限，因此就不会发生以下情况：由于噪声造成DMOS元件111的导通和截止状态的切换。能够实现高度抗噪声的半导体器件。
(第八实施例)
在第五到第七实施例中，半导体器件自身诊断流入二极管元件121的电流，从而使DMOS元件111导通或截止，以实现最小化二极管元件121中的dc损耗的目的。具有体二极管的DMOS充当与外部电路相关的二极管。在本实施例中，DMOS元件111充当开关元件。
图13是根据本实施例的半导体器件的电路图。如图所示，反馈电路200的输出被输入OR电路400。此外，将开关信号从外部控制电路输入到OR电路400，该开关信号用来使DMOS元件111导通和截止。
由此，当电流流入二极管元件121中时，反馈电路200输入驱动信号至OR电路400，该驱动信号用来使DMOS元件111导通。因此，DMOS元件111被导通。如联系第五实施例所述，电流按照图3中的箭头500所示，从DMOS元件111的源极流到其漏极。二极管元件121的正向电压Vf中的损耗被最小化。
另一方面，当反馈电路200未感测到有电流流入二极管元件121中时，如果允许DMOS元件111充当开关元件，则外部控制电路输入开关信号至OR电路400，该开关信号用于使DMOS元件111导通。OR电路400由此使DMOS元件111导通。由此，电流按照图13中的箭头600所示，从DMOS元件111的漏极流到其源极。DMOS元件111因此充当开关元件。
如上所述，包含在该半导体器件中的DMOS元件111不仅用于最小化二极管元件121中的dc损耗，而且还可以用作开关元件。OR电路400等效于驱动模块或驱动单元。
(其他实施例)
已经基于以下假设描述了多个实施例：根据脉宽调制(PWM)控制方法来控制IGBT部21。PWM控制仅仅是其中一种控制形式。例如，IGBT元件21a可以以全开模式(full-on mode)驱动。第八实施例中包含的DMOS元件111的驱动也是同样的情况。
在第一到第四实施例中，反馈电路40确定流入二极管元件22a中的电流和流入IGBT元件21a中的过电流。该半导体器件可以设计为，使得反馈电路40将仅确定流入二极管部22中的电流。在该情况中，在IGBT部21中不需包含IGBT感测元件21b。半导体器件可以包含IGBT元件21a和二极管部22作为具有体二极管的IGBT 20。可以采用霍尔效应元件作为用于检测流入相应二极管元件21a中的电流分量的元件。对于霍尔效应元件的采用，也同样适用于第五到第八实施例。
顺便提及，可以采用这样的电路：其中，不使用二极管感测元件22b，而是直接检测流入二极管元件22a中的电流。在该情况中，半导体器件应该仅包含具有体二极管的IGBT20以及用于检测流入二极管元件22a中的电流的模块(或单元)，如果没有电流流入二极管元件22a，则该模块允许从外部输入的脉宽调制(PWM)栅极信号通过，并且如果电流流入二极管元件22a，则停止PWM栅极信号的通过(例如，AND电路10、感测电阻器30、和反馈电路40)。在该情况下，以下电路将能够实现该目的：该电路除了用于允许或停止PWM栅极信号的通过的模块或单元之外，还包括感测电阻器30。此外，以下电路将能够实现该目的：在该电路中，流入二极管感测元件22b中的电流流入感测电阻器30。无需说明的是，进一步包括温度感测二极管元件50的电路将能够实现该目的。在第五到第八实施例中，可以采用以下电路：在该电路中，可能不采用二极管感测元件122，而是直接检测流入二极管元件121中的电流。
在所述实施例中二极管电流感测阈值Vth1、Vth1’和Vth1”被设定为负值，并且过电流感测阈值Vth2被设定为正值。这仅仅是示例。因此并不局限于这些阈值。此外，二极管电流感测阈值Vth1、Vth1’和Vth1”和过电流感测阈值Vth2被设定为电压值。在包含AND电路10、感测电阻器30和反馈电路40的反馈模块检测流入二极管元件22a的电流的情况下，将这些阈值设定为电流值。
对于第二和第六实施例，如图3和图10中所示，引入了直接连接四个温度感测二极管元件50的电路形式。温度感测二极管元件50的数量为四仅仅是示例。可以采用多个温度感测二极管元件或一个温度感测二极管元件。
可以采用包含在第七实施例中的功能类似施密特电路的反馈电路200，作为包含在第六实施例中且用于感测温度的反馈电路200。
(第九实施例)
图14是根据该实施例的半导体器件的电路图。如图所示，除了图1中所示的电路之外，该电路还包括第一反馈电路41和第二反馈电路42。
第一反馈电路41连接在AND电路10的输出端子与第二反馈电路42之间。第一反馈电路41确定从AND电路10输出的栅极信号(栅极电势Vg)使IGBT元件21a导通还是截止，并且将该确定的结果输出至第二反馈电路42。
更具体而言，第一反馈电路41具有用于栅极信号(栅极电势Vg)的判别阈值H0。如果从AND电路10输出的栅极信号超过该判别阈值(criterialthreshold)H0，则第一反馈电路输出第一二极管电流感测阈值H1至第二反馈电路42，其表示IGBT元件21a已被导通。如果栅极信号未超过该判别阈值H0，则第一反馈电路41输出第二二极管电流感测阈值H2至第二反馈电路42，其具有比第一二极管电流感测阈值H1大的值，并且表示IGBT元件21a已经被截止。阈值H1和H2被设定为负值。
第二反馈电路42将电势差Vs与从第一反馈电路41输入的阈值H1和H2相比较。第二反馈电路42基于该确定的结果，允许或停止输入到AND电路10中的脉宽调制(PWM)栅极信号通过。此外，第二反馈电路42具有针对第一实施例所述的过电流感测阈值Vth2。
如上所述，第二反馈电路42根据栅极信号将电势差Vs与不同阈值H1和H2之一相比较。这是因为，流入二极管元件22a(续流二极管(FWD)元件)中的电流的幅度根据IGBT元件21a被导通还是被截止而改变。
图15示出了流入二极管元件22a的电流与感测电阻器30的端子间的电势差Vs之间的关系。XVA表示IGBT动作域，XVB表示FWD动作域。如图所示，当流入二极管元件22a中的电流和电势差Vs两者都具有正值时，该电流和电势差Vs具有比例关系。然而，当流入二极管元件22a中的电流变为负时，即当二极管元件22a开始动作时，根据IGBT元件21a被导通(Vg＝导通状态电压)还是截止(Vg＝截止状态电压)，电势差Vs相对于电流值呈现出不同的值。换而言之，虽然在图15中的FWD动作中将理想电流值画为虚线，但是关于栅极电势Vg的值，画出了不同的线。
具体而言，当有电流流入二极管元件22a中时，如果IGBT元件21a被导通，由于电流从IGBT感测元件21b流入感测电阻器30，因此感测电阻器30的端子间的电势差Vs变大。相反地，当有电流流入二极管元件22a中时，如果IGBT元件21a被导通，由于感测电阻器30中的电势差Vs取决于流入二极管元件22a的电流，因此该电势差Vs变得大于当IGBT元件21a被导通时所获得的电势差Vs。
由此，由于根据在电流流入二极管元件22a中时IGBT元件21a是被导通还是被截止来使用不同阈值H1和H2之一，因此能够更为稳定地控制IGBT元件21a。根据从第一反馈电路41输入的阈值H1或H2，当IGBT元件21a被导通时，第二反馈电路42将电势差Vs与第一二极管电流感测阈值H1相比较。当IGBT元件21a被截止时，第二反馈电路42将电势差Vs与第二二极管电流感测阈值H2相比较，该第二二极管电流感测阈值H2小于第一二极管电流感测阈值H1。
在图15中，在IGBT动作域中，当电势差Vs具有值Vth3时，电流Imax流入二极管元件22a中。
以下将参考图16A和图16B进行描述。图16A示出了第一反馈电路41相对于从AND电路10输出的栅极电势Vg的输出，图16B示出了第二反馈电路42相对于电势差Vs的输出。在图16A中，纵轴指示负值。在图16B中，纵轴指示正值。
如图16A所示，第一反馈电路41将从AND电路10输出的栅极电势Vg与判别阈值H0相比较，并确定该栅极电势Vg是否具有用以驱动IGBT元件21a的值。如果栅极电势Vg超过该判别阈值H0，则第一反馈电路41输出第一二极管电流感测阈值H1。如果该栅极电势Vg低于判别阈值H0，则第一反馈电路41输出第二二极管电流感测阈值H2。
以下，如图16B所示，第二反馈电路42将电势差Vs与从第一反馈电路41输入的第一二极管电流感测阈值H1或第二二极管电流感测阈值H2之一相比较。当电势差Vs从负值增大为正值时，如果电势差Vs超过了第二二极管电流感测阈值H2，则第二反馈电路42允许从外部输入到AND电路10中的PWM栅极信号通过该AND电路10。另一方面，当电势差Vs从正值下降为负值时，如果电势差Vs低于第一二极管电流感测阈值H1，则第二反馈电路42不允许从外部输入到AND电路10中的PWM栅极信号通过该AND电路10。第二反馈电路42根据IGBT元件21a的栅极电势Vg控制PWM栅极信号是否通过AND电路10，从而所述通过将会存在滞后现象(hysteresis)。
此外，与第一实施例类似，当感测电阻器30的端子间的电势差Vs大于过电流感测阈值Vth2时，第二反馈电路42使待输入到AND电路10中的PWM栅极信号停止通过，从而保护IGBT元件21a，使其不会被过电流损坏。
如上所述，在该实施例中，将关于IGBT元件21a的导通或截止状态的信息反馈给AND电路10，以便控制对IGBT元件21a的驱动。具体而言，根据栅极电势Vg驱动IGBT元件21a具有滞后现象。当IGBT元件21a被截止时，电流易于流入二极管元件22a中。因此，通过将电势差Vs与较小的第二二极管电流感测阈值H2相比较，能够在电流流入二极管元件22a中的时刻截止IGBT元件21a。此外，当IGBT元件21a被导通时，电流不容易流入二极管元件22a。因此，通过将电势差Vs与较大的第一二极管电流感测阈值H1相比较，只要没有电流流入二极管元件22a，就可以导通IGBT元件21a。
由此，能够防止二极管元件22a的动作与IGBT元件21a的动作之间的干扰，以便避免二极管部22中的正向损耗的增加。另外，能够稳定地控制IGBT元件21a，而不会对其造成波动或振动(chatter or vibrate)。
顺便提及，第一反馈电路41等同于第一反馈模块或第一反馈单元，AND电路10和第二反馈电路42等同于第二反馈模块或第二反馈单元。
(第十实施例)
在第九实施例中，将AND电路10的输出(栅极电势Vg)输入到第一反馈电路41中，以便确定IGBT元件21a的导通或截止状态。在该实施例中，使用了产生滞后现象的电路。因此，执行与第九实施例中的半导体器件相同的动作，同时不需要感测栅极电势Vg。
图17是根据该实施例的半导体器件的电路图。如图所示，将感测电阻器30中的电势差Vs输入到IGBT反馈电路43和二极管施密特电路44中。此外，将外部PWM栅极信号和IGBT反馈电路43的输出输入到AND电路11中，将外部PWM栅极信号和二极管施密特电路44的输出输入到AND电路12。进一步地，将AND电路11和12的输出输入到OR电路13中，将OR电路13的输出作为栅极电势Vg输入到IGBT元件21a中。
IGBT反馈电路43检测流入IGBT元件21a中的过电流，并且具有过电流感测阈值Vth2。IGBT反馈电路43输入感测电阻器30的端子间的电势差Vs并且将该电势差Vs与过电流感测阈值Vth2相比较。如图18A所示，如果该电势差Vs超过了过电流感测阈值Vth2，则IGBT反馈电路43输出用以使IGBT元件21a截止的信号。
此外，二极管施密特电路44感测流入二极管元件22a中的电流，并且具有在第九实施例中采用的阈值H1和H2。二极管施密特电路44输入感测电阻器30的端子间的电势差Vs，并将该电势差与阈值H1或H2相比较。如图18B所示，当电势差Vs从负值增大为正值时，如果该电势差Vs超过了第二二极管电流感测阈值H2，则二极管施密特电路44输出用以使IGBT元件21a导通的信号。当电势差Vs从正值降低为负值时，如果电势差Vs低于第一二极管电流感测阈值H1，则二极管施密特电路44输出用以使IGBT元件21a截止的信号。
当PWM栅极信号和IGBT反馈电路43的输出两者都具有高电平时，AND电路11输出高电平信号。另一方面，当PWM栅极信号和二极管施密特电路44的输出两者都具有高电平时，AND电路12输出高电平信号。
当OR电路13输入来自AND电路11和12中任一个的高电平信号时，OR电路13输出用以使IGBT元件21a导通的信号，从而使IGBT元件21a导通。另一方面，当并未从AND电路11和12输入高电平信号时，OR电路13不输出用以使IGBT元件21a导通的信号。因此IGBT元件21a被截止。
如上所述，包含彼此独立的IGBT反馈电路43和二极管施密特电路44，IGBT反馈电路43用于通过感测IGBT元件21a中的过电流来实现反馈控制，二极管施密特电路44用于通过感测二极管电流来实现反馈控制。将电路43和44的输出与PWM栅极信号合成在一起，然后通过OR电路13合成。由此，与第九实施例类似，能够控制对IGBT元件21a的驱动，从而呈现滞后现象。
顺便提及，IGBT反馈电路43、AND电路11和OR电路13等同于IGBT反馈模块或UGBT反馈单元，并且二极管施密特电路44、AND电路12和OR电路13等同于二极管施密特模块或二极管施密特单元。
(第十一实施例)
在该实施例中，包含了专用于IGBT感测元件21b的感测电阻器和专用于二极管感测元件22b的感测电阻器。
图19是根据该实施例的半导体器件的电路图。如图所示，第一感测电阻器31连接到IGBT感测元件21b，并且在第一感测电阻器31的端子间的电势差Vs1被输入到IGBT感测施密特电路45。此外，第二感测电阻器32连接到二极管感测元件22b，并且在第二感测电阻器32的端子间的电势差Vs2被输入到二极管感测施密特电路46。
IGBT感测施密特电路45检测流入IGBT元件21a中的过电流，并且对于第一电势差Vs1具有第一过电流感测阈值Vth2和第二过电流感测阈值Vth2’，该第二过电流感测阈值Vth2’小于第一过电流感测阈值Vth2。IGBT感测施密特电路45输入第一感测电阻器31的端子间的电势差Vs1，并且将该第一电势差Vs1与阈值Vth2或Vth2’相比较。如图20A所示，当第一电势差Vs1从负值增大为正值时，如果第一电势差Vs1超过第一过电流感测阈值Vth2，则IGBT感测施密特电路45输出用以使IGBT元件21a截止的信号。当第一电势差Vs1从正值降低为负值时，如果第一电势差Vs1小于第二过电流感测阈值Vth2’，则IGBT感测施密特电路45输出用以使IGBT元件21a导通的信号。
二极管感测施密特电路46与第十实施例中所使用的二极管施密特电路44相同。由此，如图20B所示，当第二电势差Vs2从负值增大为正值时，如果第二电势差Vs2超过第二二极管电流感测阈值H2，则二极管感测施密特电路46输出用以使IGBT元件21a导通的信号。当第二电势差Vs2从正值降低为负值时，如果第二电势差Vs2小于第一二极管电流感测阈值H1时，二极管感测施密特电路46输出用以使IGBT元件21a截止的信号。
与第十实施例类似，当AND电路11和12以及OR电路13开始动作时，IGBT元件21a被驱动。
如上所述，由于包含与IGBT感测元件21b和二极管感测元件22b相关联的感测电阻器31和32，因此能够根据IGBT感测元件21b和二极管感测元件22b的输出特性，将阈值H1、H2、Vth2、Vth2’能够被设定为最佳值。能够改善设计中的自由度。
顺便提及，IGBT感测施密特电路45、AND电路11和OR电路13等同于IGBT感测施密特模块或IGBT感测施密特单元，二极管感测施密特电路46、AND电路12和OR电路13等同于二极管感测施密特模块或二极管感测施密特单元。
(第十二实施例)
在该实施例中，将图19中所示的设置了图3所示的温度感测二极管元件50的半导体器件集成到半导体芯片60中。
图21是根据该实施例的半导体芯片60的平面图。如图21所示，半导体芯片60包括具有体二极管的IGBT21a、温度感测二极管元件50、处理电路单元71、电流感测元件61、栅极焊盘62、保护环63、发射极焊盘64和电源焊盘65。
处理电路单元71是其中集成了图17中所示的IGBT反馈电路43、二极管施密特电路44、感测电阻器30、AND电路11和12以及OR电路13的电路元件。
发射极焊盘64是连接到负载的电极。电源焊盘65是用以将电压从电源施加到IGBT反馈电路43和二极管施密特电路44上的电极。假设图21所示的半导体芯片60的表面是其正面，则集电极焊盘设置在该半导体芯片60的背面。
如上所述，能够将该半导体器件制造到例如半导体芯片60的芯片中。由此，能够提高通用特性。
(其他实施例)
在以上所提到的实施例中，根据脉宽调制(PWM)控制方法来控制IGBT部21。然而，PWM控制仅仅是一种控制形式。可以采用例如全开模式来驱动IGBT元件21a。
在以上提到的实施例中，反馈电路40确定流入二极管元件22a的电流和流入IGBT元件21a的过电流。半导体器件可以被设计为，使得反馈电路40仅确定流入二极管部22中的电流。在该情况中，IGBT部21不需包含IGBT感测元件21b。该半导体器件可以包含IGBT元件21a和二极管部22，作为具有体二极管的IGBT 20。此外，可以采用霍尔效应元件作为用于检测流入相应二极管元件21a中的电流分量的元件。这同样适用于第一反馈电路41、第二反馈电路42、IGBT反馈电路43、二极管施密特电路44、IGBT感测施密特电路45和二极管感测施密特电路46。
在以上提到的实施例中，二极管电流感测阈值Vth1和Vth1’和阈值H1和H2被设定为负值，并且过电流感测阈值Vth2和Vth2’被设定为正值。这仅是阈值的示例。本发明并不局限于这些阈值。此外，二极管电流感测阈值Vth1和Vth1’，阈值H1和H2，以及过电流感测阈值Vth2和Vth2’被设定为电压值。然而，当包含AND电路10、感测电阻器30和反馈电路40的反馈模块或反馈单元检测流入二极管元件22a中的电流时，这些阈值是电流值。
在第二实施例中采用的温度感测二极管元件50可以包含在第九到第十一实施例的半导体器件中。在该情况中，如图4所示，将阈值H1和H2变为阈值H1’和H2’，阈值H1’和H2’大于阈值H1和H2。将电势差Vs或Vs2与阈值H1’或H2’相比较。
(第十三实施例)
图22是示出根据第十三实施例的半导体器件的轮廓结构的平面图。图23是沿着图22所示的XXIII-XIII剪切平面线的截面视图。本实施例的半导体器件用作在例如电动和混合动力车辆(EHV)的倒相器模块中的电源开关器件。
如图22和23所示，半导体器件701包括第一型导电的半导体衬底710。半导体衬底710具有主区域730和感测区域750，感测区域750的主表面小于主区域730的主表面。在主区域730中，形成了多个绝缘栅双极晶体管(IGBT)元件731，其中每一个都在其中结合了整流二极管元件732(即，续流二极管(FWD)元件732)(所谓的逆导(RC)IGBT元件)。此外，在感测区域750中，形成了仅-IGBT感测元件751和仅-FWD元件感测元件752。本实施例的半导体器件701的特征在于，仅-FWD元件感测元件752布置在半导体衬底710中，并且在该半导体衬底710中形成有RC-IGBT元件。对于其他元件，可以采用公知的结构。首先，以下将描述主区域730。
在本实施例中，作为半导体衬底710，采用了n型导电(n-)的单晶体硅衬底(FZ晶片)，其杂质密度在1×1014cm-3量级。半导体衬底710的主区域730部分充当IGBT元件731的漂移层和FWD元件732的阴极(pn结二极管)。p型导电(p)的基极区域711选择性地形成在主区域730内的半导体衬底710的第一主表面的表面层中。
基极区域711用作要被形成为IGBT元件731和FWD元件732的阴极区域的沟道的区域。在基极区域711中，选择性地形成沟槽，所述沟槽从半导体衬底710的第一主表面穿过基极区域711，并且其底部到达半导体衬底710。将杂质密度在1×1020cm-3量级的多晶硅通过在沟槽底部和侧面上形成的绝缘层(未示出)注入沟槽中，由此形成栅电极712。
此外，在基极区域711，在与栅电极712(沟槽)的侧面相邻的第一主表面的表面层中选择性地形成n型导电(n+)的发射极区域713。在本实施例中，发射极区域713厚度约0.5μm，并且杂质密度约为1×1019cm-3。发射极区域713电连接到由例如铝材料制成的发射极电极(未示出)。
此外，每个发射极区域713都是在由栅电极712(沟槽)分割的多个基极区域之中的仅一个相邻的基极区域711中形成的。由此，将基极区域711分类为多个第一区域711a和多个第二区域711b，每一个第一区域711a都包括发射极区域713并且电连接到发射极电极，每一个第二区域711b都不包含发射极区域713。换而言之，第一区域711a和第二区域711b交替排列。在所述多个第二区域711b中，至少一部分第二区域711b电连接到发射极电极。在多个基极区域711中，在电连接到发射极电极的区域中(全部第一区域711a和第二区域711b的至少一部分)，在第一主表面的表面层中选择性地形成了厚度约0.8μm且杂质密度约1×1019cm-3的p型导电(p+)的接触区域(未示出)。
在主区域730内的半导体衬底710的第二主表面的表面层中，选择性地形成了p型导电的集电极层714。在该实施例中，集电极层714的厚度约为0.5μm，并且杂质密度约为1×1018cm-3。集电极层714和阴极层715电连接到由例如铝材料制成的集电极电极(未示出)。
在本实施例中，如图23所示，在半导体衬底710与集电极层714和阴极层715之间形成n型导电(n)的场截止层716。当采用对终止了耗尽层的场截止层716进行共享的IGBT元件作为每一个都具有沟槽栅极结构的IGBT元件时，与当采样具有任何其他沟槽结构(穿通型或非穿通型)的情况相比，能够减小半导体衬底710(半导体器件701)的厚度。由此，由于过量载流子的数量较小，并且每个耗尽层都被充分伸展的中性区域的剩余宽度受到限制，因此能够最小化开关损耗。顺便提及，从图23所示的基础区域711的表面(半导体衬底710的第一主表面)到集电极层714的表面(半导体衬底710的第二主表面)之间的厚度约为130μm。
如上所述，在半导体衬底710的主区域730中，IGBT元件731和FWD元件732彼此集成在一起。具体而言，FWD元件732的阳极和IGBT元件731的发射极形成为共用，FWD元件732的阴极和IGBT元件731的集电极形成为共用。接下来，以下将描述感测区域750。
对于半导体衬底710中除了被形成为主区域730的区域之外的区域，在主表面小于主区域730的主表面的范围上形成感测区域750。在感测区域750中，形成仅-IGBT感测元件751，其具有与IGBT元件731相同的结构，并且流入其中的电流与流入IGBT元件731中的电流成比例。此外，在感测区域中形成仅-FWD元件感测元件752，其具有与FWD元件732相同的结构，并且流入其中的电流与流入FWD元件732的电流成比例。具体而言，仅-IGBT感测元件751的面积大约是IGBT元件731面积的千分之一，并且仅-FWD感测元件752的面积大约是FWD元件732面积的千分之一。
更具体而言，在感测区域750内的半导体衬底710的第一主表面的表面层中选择性地形成p型导电(p)的基极区域717。基极区域717用作被形成为仅-IGBT感测元件751的沟道的区域。在基极区域717中选择性地形成沟槽，所述沟槽从半导体衬底710的第一主表面穿过基极区域717，并且其底部到达半导体衬底710。将杂质密度在1×1020cm-3量级的多晶硅通过在沟槽底部和侧面上形成的绝缘层(未示出)注入沟槽中，由此形成栅电极718。
此外，在基极区域717，在与栅电极718(沟槽)的侧面相邻的第一主表面的表面层中选择性地形成n型导电(n+)的发射极区域719。在本实施例中，发射极区域719的厚度约为0.5μm，并且杂质密度约为1×1019cm-3。发射极区域719电连接到由例如铝材料制成的发射极电极(未示出)。
此外，在感测区域750内的半导体衬底710的第一主表面的表面层中，与基极区域717相分离地、选择性地形成p型导电(p)的阳极区域720。该阳极区域720充当仅-FWD感测元件752的阳极。在阳极区域720中，选择性地形成了厚度约0.8μm且杂质密度约1×1019cm-3的p型导电(p+)的接触区域(未示出)。
在感测区域750内的半导体衬底710的第二主表面的表面层中选择性地形成p型导电(p+)的集电极层721，从而集电极层将包括基极区域717下方紧邻的区域。在本实施例中，集电极层721的厚度约为0.5μm，并且杂质密度约为1×1018cm-3。此外，在半导体衬底710的第二主表面的表面层中的除了阳极区域720之下紧邻的、在其上形成了集电极层721的区域之外的区域上，选择性地形成n型导电(n+)的阴极层722。在本实施例中，阴极层722的厚度约为0.5μm，并且杂质密度约为1×1018cm-3。集电极层721和阴极层722与主区域730内的集电极层714和阴极层715共同电连接到集电极电极(未示出)上。
如上所述，在本实施例中，在半导体衬底710的感测区域750内，彼此相互独立地形成仅-IGBT感测元件751和仅-FWD感测元件752。
优选地，阴极层722被形成为在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上与IGBT元件731的基极区域711和仅-IGBT感测元件751的基极区域相分离。在本实施例中，仅-FWD感测元件752被形成为，使得从主区域730内的IGBT元件731的基极区域711到阴极层722之间的长度将会等于或大于半导体衬底710的厚度。此外，仅-FWD感测元件752被形成为，使得在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上从基极区域717到阴极层722之间的长度D1将会等于或大于半导体衬底710的厚度。为了提高绝缘强度，在半导体衬底710的第一主表面的表面层中的基极区域717与阳极区域720之间形成p型导电(p)的井区域723。此外，将集电极层721延伸到紧邻该井区域723的下方，并且延伸到阴极层722的边界(在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上的阳极区域720的边界)。
如图23所示，将p型导电的保护环724形成为在半导体衬底710的边缘区域(接近其边缘)中的第一主表面的表面层中的电场密集度抑制器(inhibitor)，从而该保护环将会围绕主区域730和感测区域750。此外，图22中的参考数字790指示栅极焊盘，通过该栅极焊盘将驱动信号施加给栅电极712，并且参考数字791指示发射极感测焊盘。参考数字792指示连接到仅-IGBT感测元件751的发射极区域719的IGBT感测焊盘，并且参考数字793指示连接到仅-FWD感测元件752的阳极区域720的FWD感测焊盘。
接下来，以下将描述具有上述结构的半导体器件701所适用的用于栅极驱动信号的反馈电路。图24示出了本实施例的半导体器件所适用的反馈电路的示例。图25示出了在感测电阻器的端子间的电势差Vs、二极管电流感测阈值Vth1、过电流感测阈值Vth2和反馈单元的输出之间的关系。该反馈电路被形成为倒相电路的一部分(上臂和下臂之一)，并且与在本发明人提交的JP-A-2007-229959中所描述的(半导体器件)相同。关于本实施例，将省略对于该反馈电路的描述。图24示出了仅-IGBT感测元件751和仅-FWD感测元件752共享感测电阻器的示例。
如图24所示，该反馈电路包括前述的半导体器件701、AND电路810、感测电阻器811和反馈单元812。
AND电路810是这样的逻辑电路：在所有输入信号都具有高电平时，其输出高电平信号。将用以驱动半导体器件701(IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751)的外部脉宽调制(PWM)栅极信号(等同于驱动信号)以及反馈单元812的输出输入到该AND电路810中。该PWM栅极信号由外部PWM栅极信号发生电路等产生，并且被施加至AND电路810的输出端子上。
AND电路810经由栅极电阻器813电连接到半导体器件701的栅极焊盘790上。用从AND电路810经由栅极电阻器813提供的PWM栅极信号来控制IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751的栅极电压。例如，如果被允许通过AND电路810的PWM栅极信号是高电平信号，则IGBT元件731被导通，从而驱动该IGBT元件。如果PWM栅极信号是低电平信号，则IGBT元件731被截止，从而停止驱动该IGBT元件。此外，如果PWM栅极信号被停止通过AND电路810，则不驱动IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751。
此外，负载、电源等(未示出)连接到IGBT元件731的集电极，从而主电流会在IGBT元件731的集电极与其发射极之间流动。此外，仅-IGBT感测元件751的集电极被形成为与IGBT元件731的集电极共用。仅-IGBT感测元件751的发射极区域719经由仅-IGBT感测元件751的焊盘792连接到感测电阻器811的一个端子上。感测电阻器811的另一个端子经由发射极感测焊盘791连接到IGBT元件731的发射极区域713。由此，从仅-IGBT感测元件751的发射极区域719流出的用于电流检测的感测电流，即与流入IGBT元件731的主电流成比例的电流，流入感测电阻器811中。将感测电阻器811的端子间的电势差Vs反馈到反馈单元812。
反馈单元812是用例如运算放大器等的组合形成的，其确定是否有电流流入FWD元件732，或者是否有过电流流入IGBT元件731，并且基于该确定的结果，允许或停止输入到AND电路810中的PWM栅极信号的通过。因此，反馈单元812具有二极管电压感测阈值Vth1和过电流感测阈值Vth2，其中所述二极管电压感测阈值Vth1用于确定是否有电流流入FWD元件732，所述过电流感测阈值Vth2用于确定是否有过电流流入IGBT元件731中。在本实施例中，阈值Vth1和Vth2被设定为电压值。
如果IGBT元件731被正常驱动(如果没有电流流入FWD元件732)，则电流从仅-IGBT感测元件751流向感测电阻器811。由此，假设将IGBT元件731的发射极区域713上的电势看作参考，则感测电阻器811的端子间的电势差Vs具有正值。相反地，如果电流流入FWD元件732，则电流从感测电阻器811流向仅-FWD元件感测元件752。由此，假设将FWD元件732的发射极区域713上的电势看作参考，则感测电阻器811的端子间的电势差Vs具有负值。因此，在确定是否有电流流入FWD元件732时所使用的二极管电压感测阈值Vth1被设定为负值。此外，如果过电流流入IGBT元件731中，则从仅-IGBT感测元件751流到感测电阻器811的感测电流的值就变得更大，即，感测电阻器811的端子间的电势差Vs变为更大的正值。因此，过电流感测阈值Vth2被设定为正值。
为了驱动IGBT元件731，反馈单元812输出用以允许待输入到AND电路中的PWM栅极信号通过的信号，并且输入感测电阻器811的端子间的电势差Vs。如图25所示，当电势差Vs小于二极管电压感测阈值Vth1时，或者当电势差Vs大于过电流感测阈值Vth2时，反馈单元812输出用以停止输入到AND电路810中的PWM栅极信号通过的信号。
例如，通常，使用诸如PWM信号发生电路之类的外部电路来产生PWM栅极信号作为驱动信号，该信号用来驱动IGBT元件731(和仅-IGBT感测元件751)，并且将该PWM栅极信号输入到AND电路810中。另一方面，FWD元件732被截止，甚至没有电流流入仅-FWD感测元件752。由此，感测电阻器810的连接到仅-IGBT感测元件751的发射极区域719(IGBT感测焊盘792)上的一个端子上的电势变得高于在其另一端子上的电势。最终，感测电阻器811的端子间的电势差Vs具有正值。
由此，如图25所示，电势差Vs大于负的二极管电压感测阈值Vth1，反馈单元812确定没有电流流入FWD元件732。因此，如图25所示，反馈单元812的输出变为高电平，并且被输入到AND电路810中。当将高电平的PWM栅极信号和反馈单元812的高电平输出输入到AND电路810中时，允许PWM栅极信号通过AND电路810，并且经由栅极电阻器813输入到IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751的栅电极712和718中。IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751被导通。由此，驱动IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751，并且电流流入负载，所述负载未示出，并且所述负载连接到IGBT元件731的集电极电极或发射极电极上。
当电流流入FWD元件732中时，与FWD元件732的阳极711(发射极感测焊盘791)相连的一个端子上的电势变为高于其与仅-FWD感测元件752的阳极区域720(FWD感测焊盘793)相连的另一端子上的电势。由此，感测电阻器811的端子间的电势差Vs变为负。
由此，如图25所示，当电势差Vs变为小于二极管电压感测阈值Vth1时，反馈单元812确定有电流流入FWD元件732中。因此，反馈单元812的输出是用以停止输入到AND电路810中的PWM栅极信号通过的输出，然后该输出被输入到AND电路810中。
由此，由于用以驱动IGBT元件731的信号未从AND电路810输入，因此停止驱动IGBT元件731(栅极信号被设定为零电平)。即，当FWD元件732在正向方向上动作时，IGBT元件731不工作。
此外，如果过电流流入了IGBT元件731，则从仅-IGBT感测元件751流到感测电阻器811的感测电流就与该过电流成比例地增大。由此，感测电阻器811的端子间的电势差Vs变为大于当IGBT元件731正常动作时所获得的电势差Vs。
由此，如图25所示，当电势差Vs变为大于过电流感测阈值Vth2时，反馈单元812确定有过电流流入IGBT元件731中。因此，反馈单元812的输出是用以停止输入到AND电路810中的PWM栅极信号的通过的输出，然后该输出被输入到AND电路810中。
由此，由于用以驱动IGBT元件731的信号未从AND电路810输入，因此停止驱动IGBT元件731。换而言之，保护IGBT元件731，以免其被流入IGBT元件731的过电流损坏。
如到此所述的，在本实施例的半导体器件701中，以这样的方式将仅-FWD感测元件752设置在半导体衬底710的感测区域750内：它们没有要对其施加PWM栅极信号的栅电极。当仅-FWD感测元件752在正向动作时，仅-FWD感测元件752的阳极区域720及其阴极(半导体衬底710)将不会变为相同的电势。因此，仅-FWD感测元件752由于其栅极电势(PWM栅极信号)，而不能容易地在正向动作。换而言之，与流入FWD元件732中的电流成比例的电流容易地流入仅-FWD感测元件752中(容易地产生检测电压)。由此，当采用具有仅-FWD感测元件752的半导体器件701时，能够基于FWD元件732的动作，高精度地控制是否已将PWM栅极信号施加到IGBT元件731的栅电极712上。换而言之，虽然将FWD元件732结合到IGBT元件731中，但是能够有效地抑制FWD元件732造成的正向损耗的增加。
此外，在本实施例中，包含在仅-FWD感测元件752中的阴极层722设置在半导体衬底710的感测区域750内，并且被形成为在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上与主区域730中设置的IGBT元件731的基极区域711相分离。此外，阴极层722被形成为在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上与仅-IGBT感测元件751的基极区域717相分离。由此，由于随着IGBT元件731的动作(仅-IGBT感测元件751的动作)而积累在半导体衬底710中的载流子(从在IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751中包含的集电极层714和721注入的空穴)的至少一部分流入仅-FWD感测元件752的阴极层722，因此防止了仅-IGBT感测元件751错误操作。换而言之，能够根据FWD元件732的动作(流入FWD元件732的电流)，更为精确地实现使用仅-FWD感测元件752执行电流检测。
在本实施例中，在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上，基极区域711和717与阴极层722之间的距离等于或大于半导体衬底710的厚度。由此，从在IGBT元件731和仅-IGBT感测元件751中包含的集电极层714和721注入的空穴容易地流入沟道和发射极区域713和719中，但是几乎不流入阴极层722。因此，能够提高仅-FWD感测元件752的电流检测精度。
在本实施例中，仅-FWD感测元件752的阴极层722被形成为在阳极层720之下紧邻。即，阳极区域720和阴极层722之间的距离最短。由此，能够减小仅-FWD感测元件752带来的动作阻力(action resistance)，电流能够容易地流动(能够容易地产生检测电压)，并且能够提高仅-FWD感测元件752的电流检测精度。
(第十四实施例)
接下来，将结合图26描述本发明的第十四实施例。图26是示出根据第十四实施例的半导体器件的轮廓结构的截面图，并且与示出第十三实施例的图23相似。
根据第十四实施例的半导体器件与第十三实施例有很多相同之处。相同部分的描述将会被省略，以下重点描述不同部分。与第十三实施例相同的组件将会分配相同的参考数字。
如图26所示，在本实施例中，仅-FWD感测元件752包括虚设栅电极725，其是通过将导电材料置于沟槽中形成的，所述沟槽从第一主表面穿过阳极区域720并且其底部通过绝缘膜到达半导体衬底710。虚设栅电极725具有与在主区域730中形成的IGBT元件731的栅电极712相同的结构，并且接地。因此，虚设栅电极725与栅电极712电气上相互独立。此外，在与虚设栅电极725(沟槽)的侧面相邻的第一主表面的表面层中，选择性地形成n型导电(n+)的虚设发射极区域726。虽然虚设发射极区域726具有与在主区域730中形成的IGBT元件731的发射极区域713相同的结构，但是虚设发射极区域726与发射极区域713电气上相互独立。
如上所述，在本实施例的半导体器件701中，虚设栅电极725与栅电极712具有相同结构但并未电气连接到栅电极712，并且虚设栅电极725接地，虚设栅电极725被包含作为相应的仅-FWD感测元件752的组成部分。由此，虽然仅-FWD感测元件752包括具有与栅电极712相同结构的虚设栅电极725，但是当仅-FWD感测元件752在正向方向上动作时，仅-FWD感测元件752的阳极区域720及其阴极区域(半导体衬底710)将不会变为相同电势。由于栅极电势(PWM栅极信号)仅-FWD感测元件752将不能容易地在正向方向上动作。换而言之，与流入FWD元件732中的电流成比例的电流容易地流入仅-FWD感测元件752中(容易地形成检测电压)。由此，即使是在采用包含仅-FWD感测元件752的半导体器件701时，也能够基于FWD元件732的动作，高精度地控制是否将PWM栅极信号施加到IGBT元件731的栅电极712。即，虽然将FWD元件732结合到IGBT元件731中，但是能够有效地抑制FWD元件732造成的正向损耗的增加。
此外，在本实施例中，虚设栅电极725和虚设发射极区域726的结构分别与栅电极712和发射极区域713相同。由此，能够采用与将FWD元件732设置在主区域730中的设计相同的方式，获得确保仅-FWD感测元件752的绝缘强度的设计。
在本实施例中，与第十三实施例不同的是，仅-FWD感测元件752还包括接地的虚设栅电极725和虚设发射极区域726。然而，例如，如图27所示，仅-FWD感测元件752还可以仅包括接地的虚设栅电极725(没有虚设发射极区域726)。图27是示出变体的截面图。
(第十五实施例)
接下来，将结合图28描述本发明的第十五实施例。图28是示出根据第十五实施例的半导体器件的轮廓结构的截面图，并且与示出第十三实施例的图23相似。
根据第十五实施例的半导体器件与上述实施例有很多相同之处。相同部分的描述将会被省略，以下重点描述不同部分。与上述实施例相同的组件将会分配相同的参考数字。
在上述实施例中，在感测区域750中，在仅-IGBT感测元件751中包含的基极区域717和在仅-FWD感测元件752中包含的阳极区域720彼此分离。
相反地，在本实施例的半导体器件701中，例如，如图28所示，仅-IGBT感测元件751设置在感测区域750内，该仅-IGBT感测元件751包括：第二导电类型的基极区域727，其是在半导体衬底710的第一主表面的表面层中选择性地形成的；栅电极718，其是通过将导电材料置于沟槽中形成的，所述沟槽从基极区域727的中央部727a中的第一主表面穿过该基极区域727并且其底部通过绝缘膜到达半导体衬底710；发射极区域719，其是在基极区域727内的第一主表面的表面层中选择性地形成的；集电极层721，其是在半导体衬底710的第二主表面中选择性地形成的，并且流入其中的电流与流入IGBT元件731中的电流成比例。
此外，基极区域727中的、形成有栅电极718的中央部727a外侧的外围部727b用作仅-FWD感测元件752的阳极区域(等同于在第十三实施例中包含的阳极区域720)。优选地，仅-FWD感测元件752的阴极层722被形成为，在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上至少以等于或大于半导体衬底710的厚度的距离与基极区域727相分离。
如上所述，在本实施例的半导体器件701中，基极区域727的中央部727a基本上充当仅-IGBT感测元件751的基极区域，并且其外围部727b充当仅-FWD感测元件752的阳极区域。简而言之，仅-IGBT感测元件751的基极区域和仅-FWD感测元件752的阳极区域被形成为联合体。此外，阴极层722被形成为与基极区域727相分离。由此，虽然施加了与上述实施例的半导体器件1相同的操作和优点，但是能够在与半导体衬底710的厚度方向相垂直的方向上将该结构制成比上述实施例的半导体器件1的结构小。
在本实施例中，半导体器件701包括场截止层716。然而，可以采用穿通型或非穿通型的IGBT元件作为IGBT元件731(仅-IGBT感测元件751)。
此外，在本实施例中，在权利要求中所提及的所述第一导电类型指的是n型导电，所述第二导电类型指的是p型导电(包含具有n型沟道的IGBT元件731的结构)。或者，所述第一导电类型可以指代p型导电，而所述第二导电类型可以指代n型导电(包含具有p型沟道的IGBT元件731的结构)。
在本实施例中，当本实施例适用于反馈电路时，仅-IGBT感测元件751和仅-FWD感测元件752共享感测电阻器811，它们通过它们的一个端子连接到该感测电阻器811。或者，仅-IGBT感测元件751和仅-FWD感测元件752可以与不同的感测电阻器相关联。
在本实施例中，感测电阻器811连接到仅-IGBT感测元件751的发射极和仅-FWD感测元件752的阳极。或者，可以将一个感测电阻器连接到仅-IGBT感测元件751的集电极，并且可以将一个感测电阻器连接到仅-FWD感测元件752的阴极。
在本实施例中，半导体器件701包括仅-IGBT感测元件751和仅-FWD感测元件752作为感测元件。然而，半导体器件701可以至少包括仅-FWD感测元件752作为感测元件。
在本实施例中，仅-FWD感测元件752包括阴极层722。或者，可以将在主区域730中形成的FWD元件732的阴极层715用作仅-FWD感测元件752的阴极层(该阴极层由FWD元件和仅-FWD感测元件共享)。即使是在该结构中，仅-FWD感测元件752的阴极层(阴极层715)能够被形成为与仅-IGBT感测元件751的基极区域717(或者基极区域727)相分离。特别是，如同第十五实施例的半导体器件701的结构，在将仅-IGBT感测元件751的基极区域和仅-FWD感测元件752的阳极区域形成为基极区域727的联合体的结构中，考虑采用FWD元件732的阴极层715作为被形成为与基极区域727相分离的阴极层。然而，阴极层715与包含在IGBT元件731中的集电极层714相邻。因此，优选地，仅-FWD感测元件752的阴极层722被形成为与FWD元件732的阴极层715相分离。
在本实施例中，连接到仅-IGBT感测元件751的发射极区域719的IGBT感测焊盘792以及连接到仅-FWD感测元件752的阳极区域720的FWD感测焊盘793被形成为彼此独立。或者，例如，如图29所示，IGBT感测焊盘792和FWD感测焊盘793可以共同形成为一个感测焊盘794。图29是示出另一变体的平面图。
以上公开具有以下各个方面。
根据本公开内容的第一方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。当所述反馈单元检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
由此，当电流流入所述二极管元件中时，能够停止驱动所述IGBT元件。即，当电流流入所述二极管元件中时，不将在驱动所述IGBT元件时使用的栅极信号输入到IGBT元件中。由此，能够避免所述二极管元件的动作与所述IGBT元件的动作之间的干扰。
由此，由于二极管元件和TGBT元件同时导通，因此能够避免由于以下事实造成的二极管元件的正向电压的增加，即与IGBT元件在同一半导体衬底上形成的二极管元件不能容易地在正向方向上动作。最终，能够防止在二极管元件的正向电压中的损耗的增加。
或者，所述反馈单元可以包括用于检测经过所述二极管的电流的感测电阻器。所述反馈单元提供第一二极管电流阈值，用于确定所述电流是否流过所述二极管。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的所述电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，并且当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
如上所述，包含用于检测是否有电流流入二极管元件的感测电阻器的电路可以实现该目的。在该情况下，能够使用所述感测电阻器的端子间的电势差来检测流入所述二极管元件的电流。
此外，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管还可以包括二极管电流感测元件。通过所述二极管电流感测元件的电流与所述二极管的电流成比例，并且通过所述二极管电流感测元件的所述电流流过所述感测电阻器。
此外，所述半导体器件还可以包括：温度感测二极管元件，用于输出与在所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管中所产生的温度相对应的正向电压。所述反馈单元还提供第二二极管电流阈值，该二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。所述预定正向电压对应于等于或大于一预定温度的、所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管中的温度。在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，并且在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
由此，当具有体二极管的IGBT进入高温状态时，即使是流入二极管元件中的电流是微量的，也能够确定有电流流入二极管元件。由此，当具有体二极管的IGBT进入高温状态并且有较小的电流流入二极管元件中时，能够停止驱动所述IGBT元件。最终，能够保护具有体二极管的IGBT，使其不会由于高温而被损坏。
此外，所述反馈单元还可以检测通过所述绝缘栅双极晶体管的电流。当所述反馈单元未检测到通过所述绝缘栅双极晶体管的过电流时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。所述过电流等于或大于一预定电流，并且当所述反馈单元检测到通过所述绝缘栅双极晶体管的过电流时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
如上所述，即使在过电流流入所述IGBT元件中的情况下，也能够停止驱动所述IGBT元件。由此能够保护所述IGBT元件不被损坏。
此外，所述预定电流可以提供过电流阈值。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述过电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，并且当所述感测电阻器的两端间的电压大于所述过电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
与二极管元件的情况类似，通过利用所述感测电阻器的端子间的电势差，能够检测流入所述IGBT元件中的电流。
此外，内置二极管的绝缘栅双极晶体管还包括IGBT电流感测元件。通过所述IGBT电流感测元件的电流与所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例，并且通过所述IGBT电流感测元件的所述电流流过所述感测电阻器。
根据本公开的第二方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管，其具有设置在所述衬底中的双扩散金属氧化物半导体晶体管和二极管；其中，所述双扩散金属氧化物半导体晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及反馈单元，用于检测经过所述二极管的电流。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。当所述反馈单元没有检测到经过所述二极管的电流时，所述反馈单元停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，当所述反馈单元检测到经过所述二极管的正向电流时，所述反馈单元驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，以使得具有与所述正向电流的正向方向相同的方向的电流流过所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。
由此，当正向电流流入所述二极管元件中时，该电流流过所述DMOS元件。由此能够防止当所述正向电流流入所述二极管中时，发生等同于正向电压Vf的dc损耗的增加。
或者，所述反馈单元可以包括用于检测经过所述二极管的电流的感测电阻器。所述反馈单元提供第一二极管电流阈值，用于确定所述电流是否流过所述二极管。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，并且当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。
如上所述，可以使用所述感测电阻器的端子间的电势差来感测电流流入所述二极管元件。
此外，所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管还可以包括二极管电流感测元件。通过所述二极管电流感测元件的电流与所述二极管的电流成比例，并且通过所述二极管电流感测元件的所述电流流过所述感测电阻器，从而产生所述感测电阻器的两端间的电压。
此外，所述半导体器件还可以包括：温度感测二极管元件，用于输出与在所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管中所产生的温度相对应的正向电压。所述反馈单元还提供第二二极管电流阈值，该二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。所述预定正向电压对应于等于或大于一预定温度的、所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管中的温度。在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，并且，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。
由此，即使在具有体二极管的DMOS在高温中运行并且在该高温中所述二极管元件所造成的dc损耗会带来问题时，能够容易地感测流入所述二极管元件中的电流。由此，即使当较小的电流流入所述二极管元件中时，所述DMOS元件能够被导通，以使得电流将会流入所述DMOS元件中。因此，在防止所述二极管元件造成的dc损耗的增加的同时，还能够抑制所述二极管元件的热耗散。
此外，所述反馈单元还可以提供第三二极管电流阈值，该第三二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述感测电阻器的两端间的电压下降时，所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，从而所述反馈单元判断所述反馈单元是否驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，并且当所述感测电阻器的两端间的电压上升时，所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第三二极管电流阈值相比较，从而所述反馈单元判断所述反馈单元是否驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管。
由此，即使在由于在所述第一二极管电流感测阈值或第三二极管电流感测阈值附近的噪声导致电势差波动时，也不会由于该噪声而导致DMOS元件的导通和截止状态的切换。由此，能够改善所述半导体器件的抗噪性。
此外，所述半导体器件还可以包括驱动单元。所述反馈单元将所述驱动信号输入到所述双扩散金属氧化物半导体晶体管的栅极。所述双扩散金属氧化物半导体晶体管还由从外部单元输入到所述栅极中的开关信号驱动，并且当所述开关信号被输入到所述栅极中而所述驱动信号未被输入到所述栅极中时，所述驱动单元根据所述开关信号来驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管，以使得所述双扩散金属氧化物半导体晶体管提供开关元件。
由此，能够提供一种半导体器件，其具有以二极管元件实现的整流功能和以DMOS元件实现的开关功能。
根据本公开的第三方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，耦合到所述二极管电流感测元件；以及反馈单元。所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元中。所述反馈单元提供第一二极管电流阈值，其定义所述二极管元件是否有电流通过。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管导通，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管截止。
由此，当有电流流入二极管元件中时，能够停止驱动IGBT元件。当有电流流入二极管元件中时，由于不将用以驱动IGBT元件的栅极信号输入到IGBT元件中，因此能够避免二极管元件的动作与IGBT元件的动作之间的干扰。
由于二极管元件和IGBT元件同时导通，因此能够避免由以下事实造成的二极管元件的正向电压的增加：与IGBT元件在同一半导体衬底上形成的二极管元件不能容易地在正向方向上动作。因此，能够防止在二极管元件的正向电压中的损耗的增加。
或者，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管还包括IGBT电流感测元件。通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例。所述IGBT电流感测元件与所述感测电阻器耦合，以使得通过所述IGBT电流感测元件的电流流过所述感测电阻器。所述反馈单元提供过电流阈值，该过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管。所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述过电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通，并且当所述感测电阻器的两端间的电压大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。
如上所述，由于包含了用于感测流入IGBT元件中的电流的IGBT感测元件，因此，如果有过电流流入IGBT元件中，则能够停止驱动IGBT元件。由此，能够保护IGBT元件不被破坏。
或者，所述半导体器件还可以包括：温度感测二极管元件，用于输出与在所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管中所产生的温度相对应的正向电压。所述反馈单元还提供第二二极管电流阈值，该二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。所述预定正向电压对应于等于或大于预定温度的、所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管中的温度。在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，并且在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极。
由此，当具有体二极管的IGBT进入高温状态时，不管流入二极管元件中的电流是如何微量的，也能够确定有电流流入二极管元件。由此，当具有体二极管的IGBT进入高温状态并且有较小的电流流入二极管元件中时，能够停止驱动所述IGBT元件。因此，能够保护具有体二极管的IGBT，使其不会由于高温而被损坏。
根据本公开的第四方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，其与所述二极管电流感测元件耦合；以及第一和第二反馈单元。所述第一反馈单元提供判定阈值，该判定阈值定义了所述绝缘栅双极晶体管是否处于导通状态。所述第一反馈单元将所述绝缘栅双极晶体管的栅极电压与所述判定阈值相比较。当所述栅极电压大于所述判定阈值时，所述第一反馈单元输出第一二极管电流阈值。所述第一二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管处于导通状态。当所述栅极电压等于或小于所述判定阈值时，所述第一反馈单元输出第二二极管电流阈值。所述第二二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管处于截止状态，并且所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。所述驱动信号是从外部单元输出到所述第二反馈单元中的。当所述感测电阻器的两端间的电压下降时，所述第二反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述感测电阻器的两端间的电压增加时，所述第二反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，并且在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
由此，能够为根据IGBT元件的栅极电势驱动IGBT元件提供滞后。具体而言，当IGBT元件截止时，电流容易地流入二极管元件中。因此，如果将所述电势差与比第一二极管电流感测阈值小的第二二极管电流感测阈值相比较时，在电流流入二极管元件的时刻能够使IGBT元件截止。此外，当IGBT元件导通时，电流不能容易地流入二极管元件中。因此，如果将所述电势差与第一二极管电流感测阈值相比较，则只要没有电流流入二极管元件中，就能够使IGBT元件导通。由此，能够稳定地控制IGBT元件而不会出现波动。此外，能够避免二极管元件的动作与IGBT元件的动作之间的干扰，从而防止所述二极管部中的正向损耗的增加。
或者，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管还可以包括IGBT电流感测元件。通过所述IGBT电流感测元件的电流与所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例。所述IGBT电流感测元件与所述感测电阻器耦合，以使得通过所述IGBT电流感测元件的电流流过所述感测电阻器。所述第二反馈单元提供过电流阈值，该过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管。所述第二反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述过电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述第二反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通，并且当所述感测电阻器的两端间的电压大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。
由此，当有过电流流入IGBT元件中时，能够停止驱动IGBT元件，并且能够保护IGBT元件不被破坏。
根据本公开的第五方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管单元和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元包括绝缘栅双极晶体管和IGBT电流感测元件，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；感测电阻器，与所述IGBT电流感测元件和所述二极管电流感测元件耦合；IGBT反馈单元；以及二极管施密特单元。所述驱动信号是从外部单元输入所述IGBT反馈单元中的。所述IGBT反馈单元提供过电流阈值，该过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管。所述IGBT反馈单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述过电流阈值相比较。当所述感测电阻器的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述IGBT反馈单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。当所述感测电阻器的两端间的电压大于所述过电流阈值时，所述IGBT反馈单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。所述驱动信号还从所述外部单元输出到所述二极管施密特单元中。所述二极管施密特单元提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义了是否有电流通过所述二极管元件，并且所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述感测电阻器的两端间的电压下降时，所述二极管施密特单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述感测电阻器的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述感测电阻器的两端间的电压增加时，所述二极管施密特单元将所述感测电阻器的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，并且在所述感测电阻器的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
当有电流流入二极管元件中时，能够停止驱动IGBT元件。能够避免二极管的动作与IGBT元件的动作之间的干扰，从而防止所述二极管部件中的正向损耗的增加。在该情况下，由于所述二极管电流感测阈值具有等同于滞后的差异，因此二极管施密特单元能够避免在实现IGBT的反馈控制期间发生颤动。此外，当过电流流入IGBT元件中时，IGBT反馈单元停止驱动IGBT元件，以保护IGBT元件不被破坏。
根据本公开的第六方面，一种半导体器件，包括：半导体衬底；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底中的绝缘栅双极晶体管单元和二极管单元，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元包括绝缘栅双极晶体管和IGBT电流感测元件，其中，所述绝缘栅双极晶体管包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例，其中，所述二极管单元包括二极管元件和二极管电流感测元件，并且其中，通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述二极管元件的电流成比例；第一感测电阻器，其与所述IGBT电流感测元件耦合；第二感测电阻器，其与所述二极管电流感测元件耦合；IGBT施密特单元；二极管施密特单元。所述驱动信号是从外部单元输入到所述IGBT施密特单元中的。所述IGBT施密特单元提供第一过电流阈值和第二过电流阈值，所述第一过电流阈值定义了是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管，所述第二过电流阈值小于所述第一过电流阈值。当所述第一感测电阻器的两端间第一电压增加时，所述IGBT施密特单元将该第一电压与所述第一过电流阈值相比较。在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压等于或小于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压大于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述第一电压下降时，所述IGBT施密特单元将该第一电压与所述第二过电流阈值相比较。在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压大于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压等于或小于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。所述驱动信号还从所述外部单元输入到所述二极管施密特单元。所述二极管施密特单元提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义了是否有电流通过所述二极管元件，所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值。当所述第二感测电阻器的两端间的第二电压减小时，所述二极管施密特单元将该第二电压与所述第一二极管电流阈值相比较。在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止。当所述第二电压增加时，所述二极管施密特单元将该第二电压与所述第二二极管电流阈值相比较。在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管截止，以及在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管导通。
由此，能够避免在所述二极管部件中的正向损耗的增加，并且能够避免IGBT元件的颤动。此外，由于用不同的感测电阻器来感测流入所述IGBT感测元件中的电流和流入所述二极管元件中的电流，因此能够根据所述IGBT感测元件和二极管感测元件的输出特性，来设计所述阈值。
根据本公开的第七方面，一种半导体器件，包括：具有第一导电类型的半导体衬底，其具有第一主表面和第二主表面，并且包括主区域和感测区域，其中，所述感测区域在所述第一主表面上的面积小于所述主区域；内置二极管的绝缘栅双极晶体管，其具有设置在所述衬底的所述主区域中的绝缘栅双极晶体管和续流二极管，其中，所述绝缘栅双极晶体管具有栅电极并且由输入到所述栅电极中的驱动信号所驱动；设置在所述衬底的所述感测区域中的二极管电流感测元件。所述续流二极管包括具有第二导电类型的FWD阳极以及具有所述第一导电类型的FWD阴极。所述FWD阳极由所述衬底的所述主区域在所述第一主表面上的第一表面部分提供，并且所述FWD阳极提供所述绝缘栅双极晶体管的基极。所述FWD阴极设置在所述衬底的所述主区域在所述第二主表面上的第二表面部分中。所述绝缘栅双极晶体管包括集电极，其设置在所述衬底的所述主区域在所述第二主表面上的、不同于所述第二表面部分的第三表面部分中。所述二极管电流感测元件包括具有所述第二导电类型的感测元件阳极。所述感测元件阳极设置在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的第四表面部分中，并且通过所述二极管电流感测元件的电流与流过所述续流二极管的电流成比例。
如上所述，根据本发明，在感测区域内形成仅-二极管感测元件。所述仅-二极管感测元件不具有用以输入栅极驱动信号的栅电极，并且由此被形成为不受栅极电势的影响。由此，与流入整流二极管元件中的电流成比例的电流容易地流入所述仅-二极管感测元件中(能够容易地产生检测电压)。因此，只要采用仅-二极管感测元件，就能够根据是否有电流流入整流二极管元件，使用于控制是否应将栅极驱动信号通过栅电极输入的反馈模块高精度地开始工作。换而言之，虽然将整流二极管元件结合到IGBT元件中，但是能够有效地抑制整流二极管元件造成的正向损耗的增加。
或者，所述半导体器件还可以包括：其中，所述二极管电流感测元件还包括具有所述第一导电类型的感测元件阴极。所述感测元件阴极设置在所述衬底中的所述感测区域在所述第二主表面上的第五表面部分，并且所述感测元件阴极沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述绝缘栅双极晶体管的基极分离。
由于以上结构，随着IGBT元件的动作而在主单元区域内的半导体衬底中累积的载流子(从包含在IGBT元件中的集电极区域注入的空穴)中的至少一部分流入所述仅-二极管感测元件的阴极区域。这防止了所述仅-二极管感测元件的错误动作。即，根据流入整流二极管元件中的电流，能够更为准确地实现使用所述仅-二极管感测元件所执行的电流检测。
此外，所述感测元件阳极可以设置在所述感测元件阴极正上方。
由于以上结构，能够减小所述仅-二极管感测元件造成的动作阻力，由此电流能够更容易地流动(能够容易地产生检测电压)。
或者，所述二极管电流感测元件还可以包括具有所述第一导电类型的感测元件阴极。所述FWD阴极提供所述感测元件阴极。
或者，所述栅电极可以经由绝缘膜设置在栅极沟槽中。所述栅极沟槽设置在所述衬底的所述主区域在所述第一主表面上的所述第一表面部分中，并且穿过所述绝缘栅双极晶体管的基极，以使得所述栅极沟槽到达所述衬底。所述二极管电流感测元件还包括电气接地的虚设栅电极。所述虚设栅电极经由绝缘膜设置在虚设栅极沟槽中，并且所述虚设栅极沟槽设置在所述衬底的所述感测区域在所述第一主表面上的所述第四表面部分中，并且穿过所述二极管电流感测元件的所述感测元件阳极，以使得所述虚设栅极沟槽到达所述衬底。
由于以上结构，因为所述虚设栅电极接地但是并未与IGBT元件的栅电极电气连接。虽然包括了与栅电极具有相同结构的虚设栅电极，但所述仅-二极管感测元件的动作将不受栅极电势的影响。此外，确保绝缘强度的设计可以与在主区域中的整流二极管元件的设计相同。
或者，所述半导体器件还可以包括：IGBT电流感测元件，其设置在所述衬底的所述感测区域中。所述IGBT电流感测元件包括具有所述第二导电类型的感测元件基极、感测元件栅电极、具有所述第一导电类型的感测元件发射极、以及具有所述第二导电类型的感测元件集电极。所述感测元件基极由在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的第六表面部分来提供。所述感测元件栅电极经由绝缘膜设置在感测元件栅极沟槽中。所述感测元件栅极沟槽设置在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且穿过所述IGBT电流感测元件的所述感测元件基极，以使得所述感测元件栅极沟槽到达所述衬底。所述感测元件发射极设置在所述衬底的所述感测区域在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且与所述感测元件栅极沟槽相邻。所述感测元件集电极设置在所述衬底的所述感测区域在所述第二主表面上的第七表面部分中，并且通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例。
由于以上结构，通过感测流入仅-IGBT感测元件中的电流，能够保护IGBT元件不被过电流破坏。
此外，所述二极管电流感测元件的所述感测元件阴极沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述IGBT电流感测元件的所述感测元件基极分离。
由于以上结构，随着仅-IGBT感测元件的动作而在半导体衬底中累积的载流子(从包含在仅-IGBT感测元件中的集电极区域注入的空穴)中的至少一部分流入所述仅-二极管感测元件的阴极区域。这防止了所述仅-二极管感测元件的错误动作。换而言之，根据流入整流二极管元件中的电流，能够更为准确地实现使用所述仅-二极管感测元件所执行的电流检测。
或者，所述半导体器件还可以包括：IGBT电流感测元件，其设置在所述衬底的所述感测区域中。所述IGBT电流感测元件包括具有所述第二导电类型的感测元件基极、感测元件栅电极、具有所述第一导电类型的感测元件发射极、以及具有所述第二导电类型的感测元件集电极。所述感测元件基极由在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的第六表面部分来提供。所述感测元件栅电极经由绝缘膜设置在感测元件栅极沟槽中。所述感测元件栅极沟槽设置在所述衬底中的所述感测区域在所述第一主表面上的所述第六表面部分的中央中，并且穿过所述IGBT电流感测元件的所述感测元件基极，以使得所述感测元件栅极沟槽到达所述衬底。所述感测元件发射极设置在所述衬底的所述感测区域在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且与所述感测元件栅极沟槽相邻。所述感测元件集电极设置在所述衬底的所述感测区域在所述第二主表面上的第七表面部分中。通过所述IGBT电流感测元件的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管的电流成比例。所述感测元件基极包括设置在所述第六表面部分的中央的外围的部分。所述感测元件基极的该部分提供所述感测元件阳极，并且所述感测元件阴极沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述感测元件基极分离。
虽然已经参考本发明的优选实施例对本发明进行了描述，但要理解的是，本发明并不局限于这些优选实施例和结构。本发明旨在覆盖各种变化形式和等价配置。另外，虽然在此公开了优选的各种组合和配置，但是包含更多、更少的元件或者仅包含单个元件的其他组合和配置同样在本发明的精神和范围之内。

Claims (28)

1、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底(80)中的绝缘栅双极晶体管(21a)和二极管(22a)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(21a)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及
反馈单元(10、30、40)，用于检测经过所述二极管(22a)的电流，
其中，所述驱动信号从外部单元输入到所述反馈单元(10、30、40)中，
其中，当所述反馈单元(10、30、40)没有检测到经过所述二极管(22a)的电流时，所述反馈单元(10、30、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，并且
其中，当所述反馈单元(10、30、40)检测到经过所述二极管(22a)的电流时，所述反馈单元(10、30、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
2、如权利要求1所述的半导体器件，
其中，所述反馈单元(10、30、40)包括用于检测经过所述二极管(22a)的电流的感测电阻器(30)，
其中，所述反馈单元(10、30、40)提供第一二极管电流阈值，用于确定所述电流是否流过所述二极管(22a)，
其中，所述反馈单元(10、30、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
3、如权利要求2所述的半导体器件，
其中，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)还包括二极管电流感测元件(22b)，
其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的电流与所述二极管(22a)的电流成比例，并且
其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的所述电流流过所述感测电阻器(30)。
4、如权利要求2或3所述的半导体器件，还包括：
温度感测二极管元件(50)，用于输出与在所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)中所产生的温度相对应的正向电压，
其中，所述反馈单元(10、30、40)还提供第二二极管电流阈值，该第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元(10、30、40)用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元(10、30、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，所述预定正向电压对应于等于或大于一预定温度的、所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)中的温度，
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，并且
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
5、如权利要求2或3所述的半导体器件，
其中，所述反馈单元(10、30、40)还检测通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流，
其中，当所述反馈单元(10、30、40)未检测到通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的过电流时，所述反馈单元(10、30、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，
其中，所述过电流等于或大于一预定电流，并且
其中，当所述反馈单元(10、30、40)检测到通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的过电流时，所述反馈单元(10、30、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
6、如权利要求5所述的半导体器件，
其中，所述预定电流提供了过电流阈值，
其中，所述反馈单元(10、30、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述过电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压大于所述过电流阈值时，所述反馈单元(10、30、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
7、如权利要求5所述的半导体器件，
其中，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)还包括IGBT电流感测元件(21b)，
其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流与所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流成比例，并且
其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的所述电流流过所述感测电阻器(30)。
8、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管(100)，其具有设置在所述衬底(80)中的双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)和二极管(121)，其中，所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动；以及
反馈单元(200)，用于检测经过所述二极管(121)的电流，
其中，所述驱动信号从外部单元输入到所述反馈单元(200)中，
其中，当所述反馈单元(200)未检测到经过所述二极管(121)的电流时，所述反馈单元(200)停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，并且
其中，当所述反馈单元(200)检测到经过所述二极管(121)的正向电流时，所述反馈单元(200)驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，以使得方向与所述正向电流的正向方向相同的电流流过所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)。
9、如权利要求8所述的半导体器件，
其中，所述反馈单元(200)包括用于检测经过所述二极管(121)的电流的感测电阻器(30)，
其中，所述反馈单元(200)提供第一二极管电流阈值，用于确定所述电流是否流过所述二极管(121)，
其中，所述反馈单元(200)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(200)停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(200)驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)。
10、如权利要求9所述的半导体器件，
其中，所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管(100)还包括二极管电流感测元件(122)，
其中，通过所述二极管电流感测元件(122)的电流与所述二极管(121)的电流成比例，并且
其中，通过所述二极管电流感测元件(122)的所述电流流过所述感测电阻器(30)，从而产生所述感测电阻器(30)的两端间的电压。
11、如权利要求9或10所述的半导体器件，还包括：
温度感测二极管元件(50)，用于输出与在所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管(100)中所产生的温度相对应的正向电压，
其中，所述反馈单元(200)还提供第二二极管电流阈值，该第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元(200)用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元(200)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，所述预定正向电压对应于等于或大于一预定温度的、所述内置二极管的双扩散金属氧化物半导体晶体管(100)中的温度，
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(200)停止驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，并且
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(200)驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)。
12、如权利要求9或10所述的半导体器件，
其中，所述反馈单元(200)还提供第三二极管电流阈值，该第三二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降时，所述反馈单元(200)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，从而所述反馈单元(200)确定所述反馈单元(200)是否驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压上升时，所述反馈单元(200)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第三二极管电流阈值相比较，从而所述反馈单元(200)确定所述反馈单元(200)是否驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)。
13、如权利要求9或10所述的半导体器件，还包括：
驱动单元(400)，
其中，所述反馈单元(200)将所述驱动信号输入到所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)的栅极，
其中，所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)还由从外部单元输入到所述栅极中的开关信号驱动，并且
其中，当所述开关信号被输入到所述栅极中而所述驱动信号未被输入到所述栅极中时，所述驱动单元(400)根据所述开关信号来驱动所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)，以使得所述双扩散金属氧化物半导体晶体管(111)提供开关元件。
14、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底(80)中的绝缘栅双极晶体管(21a)和二极管单元(22)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(21a)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元(22)包括二极管元件(22a)和二极管电流感测元件(22b)，并且其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的电流与流过所述二极管元件(22a)的电流成比例；
感测电阻器(30)，其与所述二极管电流感测元件(22b)耦合；以及
反馈单元(10、40)，
其中，所述驱动信号从外部单元输入所述反馈单元(10、40)中，
其中，所述反馈单元(10、40)提供第一二极管电流阈值，该第一二极管电流阈值定义所述二极管元件(22a)是否有电流通过，
其中，所述反馈单元(10、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，从而使所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止。
15、如权利要求14所述的半导体器件，
其中，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)还包括IGBT电流感测元件(21b)，
其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流成比例，并且
其中，所述IGBT电流感测元件(21b)与所述感测电阻器(30)耦合，以使得通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流流过所述感测电阻器(30)，
其中，所述反馈单元(10、40)提供过电流阈值，该过电流阈值定义是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)，
其中，所述反馈单元(10、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述过电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述反馈单元(10、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压大于所述第一二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止。
16、如权利要求14或15所述的半导体器件，还包括：
温度感测二极管元件(50)，用于输出与在所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)中所产生的温度相对应的正向电压，
其中，所述反馈单元(10、40)还提供第二二极管电流阈值，该二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述正向电压大于一预定正向电压时，所述反馈单元(10、40)用所述第二二极管电流阈值代替所述第一二极管电流阈值，从而所述反馈单元(10、40)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，所述预定正向电压对应于等于或大于预定温度的、所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)中的温度，
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、40)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，并且
其中，在所述正向电压大于所述预定正向电压的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述反馈单元(10、40)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极。
17、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底(80)中的绝缘栅双极晶体管(21a)和二极管单元(22)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(21a)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，所述二极管单元(22)包括二极管元件(22a)和二极管电流感测元件(22b)，并且其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的电流与流过所述二极管元件(22a)的电流成比例；
感测电阻器(30)，其与所述二极管电流感测元件(22b)耦合；以及
第一和第二反馈单元(10、41、42)，
其中，所述第一反馈单元(41)提供判定阈值，该判定阈值定义所述绝缘栅双极晶体管(21a)是否处于导通状态，
其中，所述第一反馈单元(41)将所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极电压与所述判定阈值相比较，
其中，当所述栅极电压大于所述判定阈值时，所述第一反馈单元(41)输出第一二极管电流阈值，
其中，所述第一二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管(21a)处于导通状态，
其中，当所述栅极电压等于或小于所述判定阈值时，所述第一反馈单元(41)输出第二二极管电流阈值，
其中，所述第二二极管电流阈值示出所述绝缘栅双极晶体管(21a)处于截止状态，并且所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，所述驱动信号是从外部单元输出到所述第二反馈单元(10、42)中的，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降时，所述第二反馈单元(10、42)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加时，所述第二反馈单元(10、42)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通。
18、如权利要求17所述的半导体器件，
其中，所述内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)还包括IGBT电流感测元件(21b)，
其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流与所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流成比例，
其中，所述IGBT电流感测元件(21b)与所述感测电阻器(30)耦合，以使得通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流流过所述感测电阻器(30)，
其中，所述第二反馈单元(10、42)提供过电流阈值，该过电流阈值定义是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)，
其中，所述第二反馈单元(10、42)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述过电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，并且
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压大于所述第一二极管电流阈值时，所述第二反馈单元(10、42)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止。
19、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底(80)中的绝缘栅双极晶体管单元(21)和二极管单元(22)，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元(21)包括绝缘栅双极晶体管(21a)和IGBT电流感测元件(21b)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(21a)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流成比例，其中，所述二极管单元(22)包括二极管元件(22a)和二极管电流感测元件(22b)，并且其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的电流与流过所述二极管元件(22a)的电流成比例；
感测电阻器(30)，其与所述IGBT电流感测元件(21b)和所述二极管电流感测元件(22b)耦合；
IGBT反馈单元(11、13、43)；以及
二极管施密特单元(12、13、44)，
其中，所述驱动信号是从外部单元输入到所述IGBT反馈单元(11、13、43)中的，
其中，所述IGBT反馈单元(11、13、43)提供过电流阈值，该过电流阈值定义是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)，
其中，所述IGBT反馈单元(11、13、43)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述过电流阈值相比较，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或小于所述过电流阈值时，所述IGBT反馈单元(11、13、43)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压大于所述第一二极管电流阈值时，所述IGBT反馈单元(11、13、43)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，所述驱动信号还从所述外部单元输入到所述二极管施密特单元(12、13、44)中，
其中，所述二极管施密特单元(12、13、44)提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义是否有电流通过所述二极管元件(22a)，所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降时，所述二极管施密特单元(12、13、44)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、44)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压下降的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、44)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加时，所述二极管施密特单元(12、13、44)将所述感测电阻器(30)的两端间的电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、44)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，在所述感测电阻器(30)的两端间的电压增加的情况下，当所述感测电阻器(30)的两端间的电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、44)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通。
20、一种半导体器件，包括：
半导体衬底(80)；
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(20)，其具有设置在所述衬底(80)中的绝缘栅双极晶体管单元(21)和二极管单元(22)，其中，所述绝缘栅双极晶体管单元(21)包括绝缘栅双极晶体管(21a)和IGBT电流感测元件(21b)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(21a)包括栅极，并且被输入到该栅极中的驱动信号所驱动，其中，通过所述IGBT电流感测元件(21b)的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管(21a)的电流成比例，其中，所述二极管单元(22)包括二极管元件(22a)和二极管电流感测元件(22b)，并且其中，通过所述二极管电流感测元件(22b)的电流与流过所述二极管元件(22a)的电流成比例；
第一感测电阻器(31)，其与所述IGBT电流感测元件(21b)耦合；
第二感测电阻器(32)，其与所述二极管电流感测元件(22b)耦合；
IGBT施密特单元(11、13、45)；以及
二极管施密特单元(12、13、46)，
其中，所述驱动信号是从外部单元输入到所述IGBT施密特单元(11、13、45)中的，
其中，所述IGBT施密特单元(11、13、45)提供第一过电流阈值和第二过电流阈值，所述第一过电流阈值定义是否有过电流通过所述绝缘栅双极晶体管(21a)，所述第二过电流阈值小于所述第一过电流阈值，
其中，当所述第一感测电阻器(31)的两端间第一电压增加时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)将该第一电压与所述第一过电流阈值相比较，
其中，在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压等于或小于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，在所述第一电压增加的情况下，当该第一电压大于所述第一过电流阈值时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，当所述第一电压下降时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)将该第一电压与所述第二过电流阈值相比较，
其中，在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压大于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，在所述第一电压下降的情况下，当该第一电压等于或小于所述第二过电流阈值时，所述IGBT施密特单元(11、13、45)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，所述驱动信号还从所述外部单元输入到所述二极管施密特单元(12、13、46)，
其中，所述二极管施密特单元(12、13、46)提供第一二极管电流阈值和第二二极管电流阈值，所述第一二极管电流阈值定义是否有电流通过所述二极管元件(22a)，所述第二二极管电流阈值大于所述第一二极管电流阈值，
其中，当所述第二感测电阻器(32)的两端间的第二电压减小时，所述二极管施密特单元(12、13、46)将该第二电压与所述第一二极管电流阈值相比较，
其中，在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压等于或大于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、46)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通，
其中，在所述第二电压减小的情况下，当该第二电压小于所述第一二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、46)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，当所述第二电压增加时，所述二极管施密特单元(12、13、46)将该第二电压与所述第二二极管电流阈值相比较，
其中，在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压小于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、46)停止将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)截止，
其中，在所述第二电压增加的情况下，当该第二电压等于或大于所述第二二极管电流阈值时，所述二极管施密特单元(12、13、46)将所述驱动信号传送至所述绝缘栅双极晶体管(21a)的栅极，以使得所述绝缘栅双极晶体管(21a)导通。
21、一种半导体器件，包括：
具有第一导电类型的半导体衬底(710)，其具有第一主表面和第二主表面，并且包括主区域(730)和感测区域(750)，其中，所述感测区域(750)在所述第一主表面上的面积小于所述主区域(730)，
内置二极管的绝缘栅双极晶体管(731、732)，其具有设置在所述衬底(710)的所述主区域(730)中的绝缘栅双极晶体管(731)和续流二极管(732)，其中，所述绝缘栅双极晶体管(731)具有栅电极(712)并且由输入到所述栅电极(712)中的驱动信号所驱动，
设置在所述衬底(710)的所述感测区域(750)中的二极管电流感测元件(752)，
其中，所述续流二极管(732)包括具有第二导电类型的FWD阳极(711)以及具有所述第一导电类型的FWD阴极(715)，
其中，所述FWD阳极(711)由所述衬底(710)中的所述主区域(730)在所述第一主表面上的第一表面部分提供，并且所述FWD阳极(711)提供所述绝缘栅双极晶体管(731)的基极(711)，
其中，所述FWD阴极(715)设置在所述衬底(710)中的所述主区域(730)在所述第二主表面上的第二表面部分中，
其中，所述绝缘栅双极晶体管(731)包括集电极(714)，其设置在所述衬底(710)中的所述主区域(730)在所述第二主表面上的、不同于所述第二表面部分的第三表面部分中，
其中，所述二极管电流感测元件(752)包括具有所述第二导电类型的感测元件阳极(720、727b)，
其中，所述感测元件阳极(720、727b)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的第四表面部分中，并且
其中，通过所述二极管电流感测元件(752)的电流与流过所述续流二极管(732)的电流成比例，
22、如权利要求21所述的半导体器件，还包括：
其中，所述二极管电流感测元件(752)还包括具有所述第一导电类型的感测元件阴极(722)，
其中，所述感测元件阴极(722)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第二主表面上的第五表面部分，并且
其中，所述感测元件阴极(722)沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述绝缘栅双极晶体管(731)的基极(711)分离。
23、如权利要求22所述的半导体器件，
其中，所述感测元件阳极(720)设置在所述感测元件阴极(722)的正上方。
24、如权利要求21所述的半导体器件，
其中，所述二极管电流感测元件(752)还包括具有所述第一导电类型的感测元件阴极(722)，并且
其中，所述FWD阴极(715)提供所述感测元件阴极(722)。
25、如权利要求22-24中任一项所述的半导体器件，
其中，所述栅电极(712)经由绝缘膜设置在栅极沟槽中，
其中，所述栅极沟槽设置在所述衬底(710)中的所述主区域(730)在所述第一主表面上的所述第一表面部分中，并且穿过所述绝缘栅双极晶体管(731)的基极(711)，以使得所述栅极沟槽到达所述衬底(710)，
其中，所述二极管电流感测元件(752)还包括电气接地的虚设栅电极(725)，
其中，所述虚设栅电极(725)经由绝缘膜设置在虚设栅极沟槽中，并且
其中，所述虚设栅极沟槽设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的所述第四表面部分中，并且穿过所述二极管电流感测元件(752)的所述感测元件阳极(720)，以使得所述虚设栅极沟槽到达所述衬底(710)。
26、如权利要求22-24中任一项所述的半导体器件，还包括：
IGBT电流感测元件(751)，其设置在所述衬底(710)的所述感测区域(750)中，
其中，所述IGBT电流感测元件(751)包括具有所述第二导电类型的感测元件基极(717)、感测元件栅电极(718)、具有所述第一导电类型的感测元件发射极(719)、以及具有所述第二导电类型的感测元件集电极(721)，
其中，所述感测元件基极(717)由所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的第六表面部分来提供，
其中，所述感测元件栅电极(718)经由绝缘膜设置在感测元件栅极沟槽中，
其中，所述感测元件栅极沟槽设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且穿过所述IGBT电流感测元件(751)的所述感测元件基极(717)，以使得所述感测元件栅极沟槽到达所述衬底(710)，
其中，所述感测元件发射极(719)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且与所述感测元件栅极沟槽相邻，
其中，所述感测元件集电极(721)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第二主表面上的第七表面部分中，并且
其中，通过所述IGBT电流感测元件(751)的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管(731)的电流成比例。
27、如权利要求26所述的半导体器件，
其中，所述二极管电流感测元件(752)的所述感测元件阴极(722)沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述IGBT电流感测元件(751)的所述感测元件基极(717)分离。
28、如权利要求22所述的半导体器件，还包括：
IGBT电流感测元件(751)，其设置在所述衬底(710)的所述感测区域(750)中，
其中，所述IGBT电流感测元件(751)包括具有所述第二导电类型的感测元件基极(727)、感测元件栅电极(718)、具有所述第一导电类型的感测元件发射极(719)、以及具有所述第二导电类型的感测元件集电极(721)，
其中，所述感测元件基极(727)由所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的第六表面部分来提供，
其中，所述感测元件栅电极(718)经由绝缘膜设置在感测元件栅极沟槽中，
其中，所述感测元件栅极沟槽设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的所述第六表面部分的中央中，并且穿过所述IGBT电流感测元件(751)的所述感测元件基极(727)，以使得所述感测元件栅极沟槽到达所述衬底(710)，
其中，所述感测元件发射极(719)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第一主表面上的所述第六表面部分中，并且与所述感测元件栅极沟槽相邻，
其中，所述感测元件集电极(721)设置在所述衬底(710)中的所述感测区域(750)在所述第二主表面上的第七表面部分中，并且
其中，通过所述IGBT电流感测元件(751)的电流与流过所述绝缘栅双极晶体管(731)的电流成比例，
其中，所述感测元件基极(727)包括设置在所述第六表面部分的中央的外围的部分，
其中，所述感测元件基极(727)的该部分提供所述感测元件阳极(727b)，并且
其中，所述感测元件阴极(722)沿着与所述第一主表面平行的方向，以预定距离与所述感测元件基极(727)分离。
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Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102884625A (zh) * 2010-05-07 2013-01-16 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN104620490A (zh) * 2013-01-16 2015-05-13 富士电机株式会社 功率转换装置
CN105186837A (zh) * 2014-06-02 2015-12-23 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN105191133A (zh) * 2013-04-26 2015-12-23 丰田自动车株式会社 驱动装置及开关电路的控制方法
CN105305780A (zh) * 2014-07-14 2016-02-03 丰田自动车株式会社 半导体装置以及电力变换装置
CN105490510A (zh) * 2014-10-06 2016-04-13 福特全球技术公司 用于车辆牵引逆变器的动态igbt栅极驱动
CN105765865A (zh) * 2013-10-31 2016-07-13 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN105897232A (zh) * 2015-02-13 2016-08-24 丰田自动车株式会社 驱动装置
CN106030797A (zh) * 2014-02-10 2016-10-12 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN106716832A (zh) * 2014-07-24 2017-05-24 伊顿公司 使用执行间接瞬时负载电流感测的驱动器电路操作混合功率器件的方法和系统
CN107112922A (zh) * 2014-11-14 2017-08-29 罗伯特·博世有限公司 变流器和用于运行变流器的方法
CN107681871A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 福特全球技术公司 利用有源截止来降低开关损耗的igbt栅极驱动
CN107888056A (zh) * 2013-07-10 2018-04-06 株式会社电装 驱动控制装置
CN109804539A (zh) * 2016-08-17 2019-05-24 株式会社电装 晶体管驱动电路和电动机驱动控制装置
CN110098723A (zh) * 2018-07-25 2019-08-06 富士电机株式会社 驱动装置和开关装置
CN110867835A (zh) * 2019-11-26 2020-03-06 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及空调器
TWI726260B (zh) * 2018-11-21 2021-05-01 全宇昕科技股份有限公司 二極體製造方法

Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008045410B4 (de) * 2007-09-05 2019-07-11 Denso Corporation Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode
JP4840482B2 (ja) * 2008-10-14 2011-12-21 株式会社デンソー 半導体装置
JP5045733B2 (ja) 2008-12-24 2012-10-10 株式会社デンソー 半導体装置
JP4905559B2 (ja) 2009-01-27 2012-03-28 株式会社デンソー 半導体装置
JP4877337B2 (ja) * 2009-02-17 2012-02-15 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
DE102009001029B4 (de) * 2009-02-20 2010-12-09 Infineon Technologies Ag Ansteuerung für rückwärtsleitfähigen IGBT
DE102009030738A1 (de) * 2009-06-26 2010-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Ansteuerung eines rückwärts leitfähigen IGBT
DE102009030739A1 (de) * 2009-06-26 2010-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur Ansteuerung eines rückwärts leitfähigen IGBT
DE102009030740A1 (de) * 2009-06-26 2010-12-30 Siemens Aktiengesellschaft Kommutierungsverfahren einer Stromrichterphase mit rückwärts leitfähigen IGBTs
JP2011023527A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Toshiba Corp 半導体装置
DE102011076610A1 (de) * 2010-06-04 2011-12-08 Denso Corporation Stromsensor, inverterschaltung und diese aufweisende halbleitervorrichtung
JP5582102B2 (ja) 2010-07-01 2014-09-03 株式会社デンソー 半導体装置
JP5724281B2 (ja) * 2010-10-08 2015-05-27 富士電機株式会社 パワー半導体デバイスの電流検出回路
JP5170208B2 (ja) 2010-10-22 2013-03-27 富士電機株式会社 パワー半導体デバイスの電流検出回路
WO2012056766A1 (ja) * 2010-10-27 2012-05-03 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5779025B2 (ja) * 2010-11-08 2015-09-16 株式会社東芝 半導体装置
US8749939B2 (en) * 2011-05-13 2014-06-10 Mks Instruments, Inc. Method and system for shoot-through protection
US8482029B2 (en) * 2011-05-27 2013-07-09 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and integrated circuit including the semiconductor device
JP2012256628A (ja) 2011-06-07 2012-12-27 Renesas Electronics Corp Ｉｇｂｔおよびダイオード
JP5706251B2 (ja) * 2011-06-30 2015-04-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
US8598942B2 (en) 2011-07-06 2013-12-03 Fuji Electric Co., Ltd. Current correction circuit for power semiconductor device and current correction method
US20130049843A1 (en) * 2011-08-26 2013-02-28 Mari Curbelo Alvaro Jorge Reverse conduction mode self turn-off gate driver
JP5932269B2 (ja) * 2011-09-08 2016-06-08 株式会社東芝 パワー半導体モジュール及びパワー半導体モジュールの駆動方法
JP5200148B2 (ja) * 2011-10-07 2013-05-15 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
US8847575B2 (en) * 2011-10-14 2014-09-30 Infineon Technologies Ag Circuit arrangement
JP5532062B2 (ja) 2012-02-13 2014-06-25 株式会社デンソー 逆導通スイッチング素子の駆動装置
US20130287962A1 (en) * 2012-04-25 2013-10-31 University Of Central Florida Research Foundation Inc. Electrospray atomization electrode, nozzle, apparatus, methods and applications
US9911838B2 (en) 2012-10-26 2018-03-06 Ixys Corporation IGBT die structure with auxiliary P well terminal
US8686513B1 (en) * 2012-10-26 2014-04-01 Ixys Corporation IGBT assembly having circuitry for injecting/extracting current into/from an auxiliary P well
JP5812027B2 (ja) * 2013-03-05 2015-11-11 株式会社デンソー 駆動制御装置
US9209805B2 (en) * 2013-04-05 2015-12-08 Applied Wireless Identifications Group, Inc. Over-current and/or over-voltage protection circuit
WO2014161600A1 (en) 2013-04-05 2014-10-09 Abb Technology Ltd Rc-igbt switching pulse control
US9634664B2 (en) 2013-04-05 2017-04-25 Applied Wireless Identifications Group, Inc. Over-current and/or over-voltage protection circuit
JP5949646B2 (ja) 2013-04-10 2016-07-13 株式会社デンソー 半導体装置
CN105191132B (zh) * 2013-05-10 2018-01-16 株式会社日立制作所 绝缘栅型半导体元件的控制装置以及使用了该控制装置的电力变换装置
JP5979570B2 (ja) * 2013-07-10 2016-08-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 半導体装置、及びそれを用いたインバータ
JP6024641B2 (ja) * 2013-10-21 2016-11-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の駆動制御装置
JP5831527B2 (ja) * 2013-10-31 2015-12-09 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP5800006B2 (ja) * 2013-10-31 2015-10-28 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP2015119594A (ja) * 2013-12-19 2015-06-25 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の駆動制御装置
DE102014202611A1 (de) * 2014-02-13 2015-08-13 Robert Bosch Gmbh Schaltungsanordnung und Verfahren zur Strommessung
JP6354392B2 (ja) * 2014-07-03 2018-07-11 株式会社デンソー 半導体装置
JP6086101B2 (ja) * 2014-07-16 2017-03-01 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
US10122273B2 (en) * 2014-09-01 2018-11-06 Mitsubishi Electric Corporation DC-DC converter
JP6497070B2 (ja) 2014-12-26 2019-04-10 富士電機株式会社 半導体装置およびその制御方法
JP6126150B2 (ja) * 2015-03-06 2017-05-10 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
CN104680996B (zh) * 2015-03-10 2017-08-15 深圳市华星光电技术有限公司 一种vcom生成电路及液晶显示器
CN107750420B (zh) * 2015-12-07 2020-04-17 富士电机株式会社 电压生成电路及过电流检测电路
JP6414090B2 (ja) * 2016-01-27 2018-10-31 株式会社デンソー 半導体装置
WO2017153881A2 (en) * 2016-03-08 2017-09-14 Moreta A Transistor implemented heat source
DE112017001729B4 (de) * 2016-04-01 2022-11-03 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitermodule
EP3236567B1 (en) 2016-04-19 2021-06-09 Bombardier Transportation GmbH A voltage source converter and a method for control thereof
GB2549934A (en) * 2016-04-28 2017-11-08 Reinhausen Maschf Scheubeck Junction temperature and current sensing
JP6822000B2 (ja) 2016-08-05 2021-01-27 株式会社デンソー 半導体装置
JP2019032476A (ja) * 2017-08-09 2019-02-28 株式会社Ｊｏｌｅｄ 電流制限回路、表示装置、及び、電流制限方法
US11063583B2 (en) * 2017-12-19 2021-07-13 Infineon Technologies Ag Multi-sense circuit for parallel-connected power switches
JP7124339B2 (ja) * 2018-02-28 2022-08-24 富士電機株式会社 半導体装置
US10950596B2 (en) * 2018-10-03 2021-03-16 Semiconductor Components Industries, Llc Diode with current sensor
US11502520B2 (en) 2020-02-24 2022-11-15 Motorola Solutions, Inc. Battery protection circuit with isolation device failure detection
US11764209B2 (en) 2020-10-19 2023-09-19 MW RF Semiconductors, LLC Power semiconductor device with forced carrier extraction and method of manufacture
CN112838848B (zh) * 2020-11-27 2022-10-21 国网宁夏电力有限公司检修公司 一种绝缘栅双极型晶体管串联阀结构

Family Cites Families (48)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07108098B2 (ja) 1989-01-31 1995-11-15 三菱電機株式会社 電力用半導体モジュール
JPH02309676A (ja) 1989-05-24 1990-12-25 Meidensha Corp 逆導通形インシュレティッドゲートバイポーラトランジスタ
JPH03190566A (ja) 1989-12-15 1991-08-20 Matsushita Electric Works Ltd インバータ装置
JPH0575131A (ja) 1991-09-17 1993-03-26 Fuji Electric Co Ltd 半導体素子
US5325258A (en) * 1992-08-26 1994-06-28 International Rectifier Corporation Power transistor driver circuit with current sensing and current overprotection and method for protecting power transistor from overcurrent
JP2837054B2 (ja) * 1992-09-04 1998-12-14 三菱電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP2999887B2 (ja) 1992-10-09 2000-01-17 三菱電機株式会社 Ｉｇｂｔの過電流保護回路及び半導体集積回路装置
JP3084982B2 (ja) * 1992-11-25 2000-09-04 富士電機株式会社 半導体装置
US5444591A (en) 1993-04-01 1995-08-22 International Rectifier Corporation IGBT fault current limiting circuit
JPH0794730A (ja) 1993-09-24 1995-04-07 Hitachi Ltd 過電圧保護機能内蔵型半導体装置
US5619074A (en) 1994-08-18 1997-04-08 Sequel Security Systems, Inc. Electronic security system for a motor vehicle
DE4438896A1 (de) 1994-10-31 1996-05-02 Abb Management Ag Halbleiterdiode mit Elektronenspender
JP3125622B2 (ja) * 1995-05-16 2001-01-22 富士電機株式会社 半導体装置
US5828112A (en) 1995-09-18 1998-10-27 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device incorporating an output element having a current-detecting section
KR970054363A (ko) 1995-12-30 1997-07-31 김광호 다이오드를 내장한 절연게이트 바이폴라 트랜지스터 및 그 제조방법
JP3339311B2 (ja) 1996-07-16 2002-10-28 富士電機株式会社 自己消弧形半導体素子の駆動回路
JP3432708B2 (ja) 1997-07-31 2003-08-04 株式会社東芝 半導体装置と半導体モジュール
FR2770656B1 (fr) 1997-10-31 2000-01-14 Sgs Thomson Microelectronics Circuit de regulation de tension continue commutable
JP3008924B2 (ja) * 1998-04-10 2000-02-14 富士電機株式会社 パワー素子のドライブ回路
JP4198251B2 (ja) 1999-01-07 2008-12-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法
JP2001211059A (ja) * 2000-01-26 2001-08-03 Toshiba Corp 半導体スイッチ素子の過電流保護回路
US6717785B2 (en) 2000-03-31 2004-04-06 Denso Corporation Semiconductor switching element driving circuit
JP4460741B2 (ja) 2000-09-27 2010-05-12 株式会社東芝 電力用半導体素子及びその製造方法
JP2002185295A (ja) 2000-12-12 2002-06-28 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP3891090B2 (ja) * 2001-12-06 2007-03-07 株式会社デンソー 還流ダイオードおよび負荷駆動回路
DE10201378A1 (de) 2002-01-16 2003-07-24 Ixys Semiconductor Gmbh Leistungshalbleiter-Schaltung für einen Kommutierungszweig und Verfahren zum Steuern des Abschaltverhaltens einer Leistungshalbleiterschaltung
JP2004229445A (ja) 2003-01-24 2004-08-12 Renesas Technology Corp インバータ装置
JP3997126B2 (ja) 2002-08-29 2007-10-24 株式会社ルネサステクノロジ トレンチゲート型半導体装置
JP2004180386A (ja) 2002-11-26 2004-06-24 Fujitsu Ltd 同期整流回路
JP4154658B2 (ja) 2002-12-25 2008-09-24 富士電機デバイステクノロジー株式会社 同期整流用ｍｏｓｆｅｔの制御回路
JP2004312924A (ja) * 2003-04-09 2004-11-04 Mitsubishi Electric Corp 半導体デバイスの駆動回路
JP2005057235A (ja) 2003-07-24 2005-03-03 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法、並びに、インバータ回路
JP2005151631A (ja) 2003-11-12 2005-06-09 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置および過電流の基準レベルのデータ設定方法
DE102004055908A1 (de) 2003-11-21 2005-07-28 Denso Corp., Kariya Halbleiteranordnung mit einem Paar von Wärmeabstrahlplatten
JP4791704B2 (ja) 2004-04-28 2011-10-12 三菱電機株式会社 逆導通型半導体素子とその製造方法
JP4581930B2 (ja) 2005-09-09 2010-11-17 富士電機システムズ株式会社 電力用半導体素子の異常検出装置
JP2007229959A (ja) 2006-02-27 2007-09-13 Fujifilm Corp 液体吐出方法及び装置並びに画像形成装置
JP2007287988A (ja) 2006-04-18 2007-11-01 Toyota Motor Corp 半導体装置
JP2008042950A (ja) * 2006-08-01 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp 電力変換装置
CN100444509C (zh) * 2006-08-09 2008-12-17 北京思源清能电气电子有限公司 一种三电平变流器闭锁时消除器件过电压的控制方法
JP5103830B2 (ja) 2006-08-28 2012-12-19 三菱電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP2008072848A (ja) 2006-09-14 2008-03-27 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置
JP4778467B2 (ja) 2007-04-02 2011-09-21 ルネサスエレクトロニクス株式会社 トレンチゲート型半導体装置
DE102008045410B4 (de) * 2007-09-05 2019-07-11 Denso Corporation Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode
US8125002B2 (en) * 2007-11-07 2012-02-28 Denso Corporation Semiconductor device and inverter circuit having the same
JP4840482B2 (ja) * 2008-10-14 2011-12-21 株式会社デンソー 半導体装置
JP5045733B2 (ja) * 2008-12-24 2012-10-10 株式会社デンソー 半導体装置
JP4905559B2 (ja) * 2009-01-27 2012-03-28 株式会社デンソー 半導体装置

Cited By (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102884625B (zh) * 2010-05-07 2014-11-19 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN102884625A (zh) * 2010-05-07 2013-01-16 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN104620490B (zh) * 2013-01-16 2017-11-07 富士电机株式会社 功率转换装置
CN104620490A (zh) * 2013-01-16 2015-05-13 富士电机株式会社 功率转换装置
CN105191133A (zh) * 2013-04-26 2015-12-23 丰田自动车株式会社 驱动装置及开关电路的控制方法
CN105191133B (zh) * 2013-04-26 2018-09-04 丰田自动车株式会社 驱动装置及开关电路的控制方法
CN107888056B (zh) * 2013-07-10 2020-04-17 株式会社电装 驱动控制装置
CN107888056A (zh) * 2013-07-10 2018-04-06 株式会社电装 驱动控制装置
CN105765865A (zh) * 2013-10-31 2016-07-13 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN106030797B (zh) * 2014-02-10 2019-03-12 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN106030797A (zh) * 2014-02-10 2016-10-12 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN105186837A (zh) * 2014-06-02 2015-12-23 丰田自动车株式会社 半导体装置
US9874614B2 (en) 2014-07-14 2018-01-23 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor apparatus and power conversion apparatus
CN105305780A (zh) * 2014-07-14 2016-02-03 丰田自动车株式会社 半导体装置以及电力变换装置
CN105305780B (zh) * 2014-07-14 2018-01-12 丰田自动车株式会社 半导体装置以及电力变换装置
CN106716832A (zh) * 2014-07-24 2017-05-24 伊顿公司 使用执行间接瞬时负载电流感测的驱动器电路操作混合功率器件的方法和系统
CN105490510B (zh) * 2014-10-06 2020-10-16 福特全球技术公司 用于车辆牵引逆变器的动态igbt栅极驱动
CN105490510A (zh) * 2014-10-06 2016-04-13 福特全球技术公司 用于车辆牵引逆变器的动态igbt栅极驱动
CN107112922A (zh) * 2014-11-14 2017-08-29 罗伯特·博世有限公司 变流器和用于运行变流器的方法
CN107112922B (zh) * 2014-11-14 2020-08-04 罗伯特·博世有限公司 变流器和用于运行变流器的方法
CN105897232A (zh) * 2015-02-13 2016-08-24 丰田自动车株式会社 驱动装置
CN107681871A (zh) * 2016-08-01 2018-02-09 福特全球技术公司 利用有源截止来降低开关损耗的igbt栅极驱动
CN107681871B (zh) * 2016-08-01 2021-04-16 福特全球技术公司 利用有源截止来降低开关损耗的igbt栅极驱动
CN109804539A (zh) * 2016-08-17 2019-05-24 株式会社电装 晶体管驱动电路和电动机驱动控制装置
CN109804539B (zh) * 2016-08-17 2020-12-15 株式会社电装 晶体管驱动电路和电动机驱动控制装置
US10547300B1 (en) 2018-07-25 2020-01-28 Fuji Electric Co., Ltd. Driving device and switching device
CN110098723A (zh) * 2018-07-25 2019-08-06 富士电机株式会社 驱动装置和开关装置
TWI726260B (zh) * 2018-11-21 2021-05-01 全宇昕科技股份有限公司 二極體製造方法
CN110867835A (zh) * 2019-11-26 2020-03-06 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及空调器
CN110867835B (zh) * 2019-11-26 2021-12-17 广东美的制冷设备有限公司 智能功率模块及空调器

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