DE102008045410A1

DE102008045410A1 - Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode

Info

Publication number: DE102008045410A1
Application number: DE102008045410A
Authority: DE
Inventors: Kenji Kariya-shi Kouno
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2007-09-05
Filing date: 2008-09-02
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2028-09-03
Also published as: US8072241B2; US8988105B2; US20090057832A1; DE102008045410B4; US8451023B2; US20120025264A1; US20130334567A1; CN101414816A; US20150123718A1; US9184158B2; CN101414816B

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung enthält ein Halbleitersubstrat (80), einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und eine Diode (22a) aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, und eine Rückführungseinheit (10, 30, 40) zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Rückführungseinheit den Stromfluss durch die Diode erfasst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit IGBT mit eingebauter Diode und eine Halbleitervorrichtung mit DMOS mit eingebauter Diode.
In der Vergangenheit wurde ein IGBT mit einer Body-Diode vorgeschlagen, der Diodenelemente und IGBT-Elemente, die in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind, aufweist (siehe beispielsweise Patentdokument 1, d. h. JP-A-6-351226 , die dem US-Patent Nr. 5 559 5656 entspricht). Der IGBT mit einer Body-Diode weist gemeinsam ausgebildete Anodenelektroden der Diodenelemente und Emitterelektroden der IGBT-Elemente auf und weist gemeinsam ausgebildete Kathodenelektroden der Diodenelemente und Kollektorelektroden der IGBT-Elemente auf. Der IGBT mit einer Body-Diode ist zum Beispiel in einer Inverter-Schaltung enthalten und wird verwendet, um eine Last entsprechend einem Steuerungsverfahren einer Pulsbreitenmodulation (PWM) zu steuern.
Wenn jedoch der herkömmliche IGBT mit einer Body-Diode in eine Inverterschaltung integriert ist, ist ein Gatesignal für die IGBT-Elemente prinzipiell ein Signal, dessen Phase zwischen den oberen und unteren Armen der Inverterschaltung invertiert ist. Das Gatesignal wird daher in die IGBT-Elemente sogar zu einem Zeitpunkt eingegeben, zu dem beispielsweise die Diodenelemente freilaufen. Mit anderen Worten finden die Tätigkeit der Diodenelemente und die Tätigkeit der IGBT-Elemente gleichzeitig statt. Nebenbei gesagt bedeutet die Tätigkeit der IGBT-Elemente, dass das Gatesignal in die IGBT-Elemente eingegeben wird.
Wie oben erwähnt, werden, wenn die Tätigkeit der Diodenelemente und die Tätigkeit der IGBT-Elemente gleichzeitig stattfinden, da die Elektroden gemeinsam ausgebil det sind, wenn die Kanäle in den IGBT-Elemente leiten, die Anoden und Kathoden der Diodenelemente auf dasselbe Potenzial gebracht. Demzufolge kann die Body-Diode einschließlich der Diodenelemente aufgrund des Gatepotenzials der IGBT-Elemente nicht sofort in einer Durchlassrichtung wirken. Als Ergebnis erhöht sich die Durchlassspannung Vf der Diodenelemente, und der Durchlassverlust, der durch die Diodenelemente verursacht wird, vergrößert sich.
Als ein Verfahren zum Vermeiden des vorhergehenden Problems durch Vorsehen einer Vorrichtungsstruktur ist die Ausbildung eines Nur-Dioden-Bereiches, d. h. eines Bereiches ohne ein Gate getrennt von einer Body-Diode eines IGBT, denkbar, wie es beispielsweise in „Proceedings of 2004 International Symposium an Power Semiconductor Devices & Amp; ICs" (S. 261–264) beschrieben ist. Ein Bereich, der nicht als der IGBT wirkt, d. h. ein Bereich, der eine Diodentätigkeit alleine durchführt, dehnt sich jedoch aus. Demzufolge erhöht sich die Durchlassspannung des IGBT, wenn der Nur-Dioden-Bereich mit unveränderter Chipgröße ausgebildet wird. Nebenbei gesagt erhöht sich andererseits die Chipgröße, wenn die Durchlassspannung der Diode festgelegt ist.
Andererseits ist für DC-DC-Wandler ein Verfahren zum Durchführen einer synchronen Gleichrichtungssteuerung durch Einbringen eines doppelt diffundierten Metalloxid-FET-Halbleiters (DMOS) mit einer Body-Diode als eine Schaltvorrichtung einer Steuerschaltung sehr bekannt. Wenn ein Strom in Diodenelemente, die in dem DMOS mit einer Body-Diode enthalten sind, fließt, wird in den Diodenelementen eine Durchlassspannung entwickelt, und es wird ein DC-Verlust, der gleich der Durchlassspannung ist, erzeugt. Wenn daher eine derartige synchrone Gleichrichtungssteuerung durchgeführt wird, wird im Allgemeinen ein Verfahren zum Erfassen des Stroms in den DMOS-Elementen unter Verwendung eines Stromwandler übernommen, um ein Gatesignal für Rückfluss-DMOS-Elemente auf einen Durchlass-Spannungspegel zu bringen, (siehe beispielsweise JP-A-2004-180386 ).
Der Stromwandler benötigt jedoch eine Stromerfassungsvorrichtung. Dadurch entsteht jedoch das Problem, dass die Größe der Schaltung größer wird. Als ein Verfahren, das dieses Problem löst, ist ein Verfahren zum Überwachen einer Spannung zwischen den Anschlüssen einer Schaltvorrichtung denkbar (siehe beispielsweise JP-A-2004-208407 ). Gemäß diesem Verfahren wird jedoch eine Steuerungs-IC, deren Eingangsanschluss eine hohe Versorgungsspannungsfestigkeit aufweist, benötigt. Da eine Rauschfestigkeit zu dem Zeitpunkt des Leitens einer hohen Spannung streng erforderlich ist, wird zusätzlich eine Schutzvorrichtung oder ein anderer sehr widerstandsfähiger Entwurf benötigt. Dieses ergibt das Problem, dass sich die Kosten der Steuerungs-IC erhöhen.
Somit ist es notwendig, eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch eine Diode verursacht wird, die in einer Halbleitervorrichtung enthalten ist, die einen IGBT mit einer Body-Diode enthält, durch Vermeiden der Interferenz bzw. gegenseitigen Beeinflussung der Tätigkeit von Diodenelementen und der Tätigkeit von IGBT-Elementen zu verhindern. Außerdem ist es notwendig, eine Erhöhung eines Verlustes einer Durchlassspannung der Diodenelemente, die in einer Halbleitervorrichtung enthalten sind, die einen DMOS mit einer Body-Diode enthält, durch Synchronisieren der Tätigkeit der Diodenelemente mit der Tätigkeit der DMOS-Elemente zu verhindern.
Wie es beispielsweise in der JP-A-2004-88001 beschrieben ist, ist ein Verfahren zum Verwenden von Stromerfassungselementen, die dieselbe Struktur wie Bipolartransistorelemente mit isoliertem Gate (IGBT-Elemente) aufweisen, um zu erfassen, ob ein Strom in Freilaufdiodenelemente (FWD-Elemente) geflossen ist, das Ergebnis der Erfassung an eine Gateansteuerschaltung zurückzuführen und das Gateansteuersignal für die IGBT-Elemente auf einen Sperrzustandsspannungspegel zu setzen, wenn die FWD-Elemente in Tätigkeit gesetzt werden, denkbar. Da jedoch die Stromerfassungselemente, die eine derartige Struktur aufweisen, durch ein Gatepotenzial beeinflusst werden, kann kein Strom einfach in die Stromerfassungselemente fließen. Es kann daher keine Erfassungsspannung an den Stromerfassungselementen entwickelt werden. Mit anderen Worten kann keine Rückführung genau durchgeführt werden, und eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch die gemeinsamen Diodenelemente verursacht wird, kann nicht wirksam unterdrückt werden.
Somit ist es notwendig, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch FWD-Elemente verursacht wird, trotz eines Aufbaus, der IGBT-Elemente aufweist, in denen die FWD-Elemente enthalten sind, zu unterdrücken.
Im Hinblick auf das oben beschriebene Problem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die einen IGBT mit eingebauter Diode aufweist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung zu schaffen, die einen DMOS mit eingebauter Diode aufweist.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diode aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit gibt das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst. Die Rückführungseinheit hält das Weitergeben des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Rückführungseinheit einen Stromfluss durch die Diode erfasst.
In der obigen Halbleitervorrichtung kann eine gegenseitige Beeinflussung der Tätigkeit der Diode und der Tätigkeit des IGBT vermieden werden. Da die Diode und der IGBT gleichzeitig eingeschaltet werden, kann außerdem eine Vergrößerung eines Verlustes der Durchlassspannung der Diode verhindert werden.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode, der einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor und eine Diode aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind; wobei der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor ein Gate enthält, das mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit hält das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors an, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst, und die Rückführungseinheit steuert den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor an, so dass ein Strom, der eine Richtung aufweist, die gleich einer Durchlassrichtung des Durchlassstroms ist, durch den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor fließt, wenn die Rückführungseinheit einen Durchlassstromfluss durch die Diode erfasst.
In der obigen Vorrichtung kann eine Erhöhung eines DC-Verlustes, der äquivalent zu einer Durchlassspannung ist, die auftritt, wenn der Durchlassstrom in die Diode fließt, verhindert werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält, und wobei das Diodenstromerfassungselement einen Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; und eine Rückführungseinheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert bereit, der definiert, ob das Diodenelement Strom durchlässt. Die Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit gibt das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
In der obigen Vorrichtung kann eine gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diode und der Tätigkeit des IGBT vermieden werden. Außerdem kann eine Erhöhung eines Verlustes der Durchlassspannung der Diode verhindert werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; und eine erste und eine zweite Rückführungseinheit. Die erste Rückführungseinheit stellt einen Entscheidungsschwellenwert bereit, der definiert, ob sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in einem Durchlasszustand befindet. Die erste Rückführungseinheit vergleicht eine Gatespannung des Bipolartransistors mit isoliertem Gate mit dem Entscheidungsschwellenwert. Die erste Rückführungseinheit gibt einen ersten Diodenstromschwellenwert aus, wenn die Gatespannung größer als der Entscheidungsschwellenwert ist. Der erste Diodenstromschwellenwert zeigt, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in dem Durchlasszustand befindet. Die erste Rückführungseinheit gibt einen zweiten Diodenstromschwellenwert aus, wenn die Gatespannung gleich oder kleiner als der Entscheidungsschwellenwert ist. Der zweite Diodenstromschwellenwert zeigt, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in einem Sperrzustand befindet, und der zweite Diodenstromschwellenwert ist größer als der erste Diodenstromschwellenwert. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die zweite Rückführungseinheit eingegeben. Die zweite Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Rückführungseinheit gibt das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die zweite Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht. Die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht, und die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht.
In der obigen Vorrichtung kann der IGBT stabil ohne Vibration gesteuert werden. Außerdem kann eine gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diode und der Tätigkeit des IGBT vermieden werden, um eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in der Diode zu verhindern.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und ein IGBT-Stromerfassungselement enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, ange steuert wird, wobei das IGBT-Stromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem IGBT-Stromerfassungselement und Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; eine IGBT-Rückführungseinheit; und eine Dioden-Schmitt-Einheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die IGBT-Rückführungseinheit eingegeben. Die IGBT-Rückführungseinheit stellt einen Überstromschwellenwert bereit, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt. Die IGBT-Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem Überstromschwellenwert. Die IGBT-Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist. Die IGBT-Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Das Ansteuersignal wird weiterhin von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit eingegeben. Die Dioden-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereit, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht, und die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht.
In der obigen Vorrichtung kann die Dioden-Schmitt-Einheit ein Flattern während der Durchführung einer Rückführungssteuerung in dem IGBT verhindern. Außerdem beendet die IGBT-Rückführungseinheit das Ansteuern des IGBT, wenn ein Überstrom in den IGBT geflossen ist, um den IGBT vor einem Durchbruch zu schützen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und ein IGBT-Stromerfassungselement enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei das IGBT-Stromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen ersten Erfassungswiderstand, der mit dem IGBT-Stromerfassungselement gekoppelt ist; einen zweiten Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; eine IGBT-Schmitt-Einheit; und eine Dioden-Schmitt-Einheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die IGBT-Schmitt-Einheit eingegeben. Die IGBT-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Überstromschwellenwert, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, und einen zweiten Überstromschwellenwert bereit, der kleiner als der erste Überstromschwellenwert ist. Die IGBT-Schmitt-Einheit vergleicht eine erste Spannung zwischen zwei Enden des ersten Erfassungswiderstands mit dem ersten Überstromschwellenwert, wenn sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit vergleicht die erste Spannung mit dem zweiten Überstromschwellenwert, wenn sich die erste Spannung verringert. Die IGBT-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert. Die IGBT-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert. Das Ansteuersignal wird weiterhin von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit eingegeben. Die Dioden-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereit, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht eine zweite Spannung zwischen zwei Enden des zweiten Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die zweite Spannung mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die zweite Spannung erhöht. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht, und die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht.
In der obigen Vorrichtung kann eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in der Diode verhindert werden, und es kann ein Flattern durch den IGBT verhindert werden. Da ein Strom, der in das IGBT-Erfassungselement fließt, und ein Strom, der in das Diodenelement fließt, durch unterschiedliche Erfassungswiderstände erfasst werden, können die Schwellenwerte entsprechend den Ausgangscharakteristika des IGBT-Erfassungselements und des Diodenerfassungselements ausgelegt werden.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das einen ersten Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyp aufweist, mit einer ersten Hauptfläche und einer zweiten Hauptfläche, und das einen Hauptbereich und einen Erfassungsbereich enthält, wobei ein Bereich des Erfassungsbereiches auf der ersten Hauptfläche kleiner als der Hauptbereich ist; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Freilaufdiode enthält, die in dem Hauptbereich des Substrats angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate eine Gateelektrode aufweist und mit einem Ansteuersignal, das in die Gateelektrode eingegeben wird, angesteuert wird; und ein Diodenstromerfassungselement, das in dem Erfassungsbereich des Substrats angeordnet ist. Die Freilaufdiode enthält eine FWD-Anode, die einen zweiten Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyp aufweist, und eine FWD-Kathode, die den ersten Leitungstyp aufweist. Die FWD-Anode ist durch einen ersten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche vorgesehen und stellt eine Basis des Bipolartransistors mit isoliertem Gate bereit. Die FWD-Kathode ist in einem zweiten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet. Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate enthält einen Kollektor, der in einem dritten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, der sich von dem zweiten Oberflächenabschnitt unterscheidet. Das Diodenstromerfassungselement enthält eine Erfassungselement-Anode, die den zweiten Leitungstyp aufweist. Die Erfassungselement-Anode ist in einem vierten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet, und das Diodenstromerfassungselement lässt Strom proportional zu einem Strom, der durch die Freilaufdiode fließt, durch.
In der obigen Vorrichtung kann eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch die FWD-Diode verursacht wird, wirksam unterdrückt werden.
Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, einem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und einem Ausgang einer Rückführungsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform;
3 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, einem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1', einem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und einem Ausgang einer Rückführungsschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform;
5A ein Gesamtbeispielsdiagramm eines Halbleiterchips gemäß einer dritten Ausführungsform, und 5B ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung, die in dem Halbleiterchip, der in 5A gezeigt ist, vorgesehen ist;
6A ein Gesamtbeispielsdiagramm eines Halbleiterchips gemäß einer vierten Ausführungsform, und 6B die Struktur der Rückseite des Halbleiterchips, der in 6A gezeigt ist;
7 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform;
8 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und einem Ausgang einer Rückführungsschaltung gemäß der fünften Ausführungsform;
9 eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip gemäß einer sechsten Ausführungsform;
10 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform;
11 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem ersten Diodenstromerfassungsschwel lenwert Vth1, einem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' und einem Ausgang einer Rückführungsschaltung gemäß der sechsten Ausführungsform;
12 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, einem dritten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1'' und einem Ausgang einer Rückführungsschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform;
13 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform;
14 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform;
15 die Beziehung zwischen einem Strom, der in Diodenelemente fließt, und einer Potenzialdifferenz Vs, die zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands auftritt;
16A einen Ausgang einer ersten Rückführungsschaltung in Bezug auf ein Gatepotenzial Vg, das von einer UND-Schaltung ausgegeben wird;
16B einen Ausgang einer zweiten Rückführungsschaltung in Bezug auf die Potenzialdifferenz Vs;
17 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zehnten Ausführungsform;
18A einen Ausgang einer IGBT-Rückführungsschaltung in Bezug auf eine Potenzialdifferenz Vs;
18B einen Ausgang einer Dioden-Schmitt-Schaltung in Bezug auf die Potenzialdifferenz Vs;
19 ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform;
20A einen Ausgang einer IGBT-Erfassungsrückführungsschaltung in Bezug auf eine Potenzialdifferenz Vs1;
20B einen Ausgang einer Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung in Bezug auf eine Potenzialdifferenz Vs2;
21 eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip gemäß einer zwölften Ausführungsform;
22 eine Draufsicht, die einen Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt;
23 einen Querschnitt entlang einer Schnittebenenlinie XXIII-XXIII in 22;
24 ein Beispiel einer Rückführungsschaltung, für die die Halbleitervorrichtung ausgelegt ist;
25 die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, einem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und einem Ausgang einer Rückführungseinheit;
26 einen Querschnitt, der den Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform zeigt;
27 einen Querschnitt, der eine Variante zeigt;
28 einen Querschnitt, der den Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt; und
29 eine Draufsicht, die eine andere Variante zeigt.
(Erste Ausführungsform)
Im Folgenden wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Eine Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird als eine Leistungsschaltvorrichtung (die als eine Bipolartransistorvorrichtung mit isoliertem Gate (IGBT) mit einer Body-Diode bezeichnet werden kann) verwendet, die in ein Invertermodul für Elektro- und Hybridfahrzeuge (EHVs) einzubauen ist.
1 ist ein Schaltungsdiagramm der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, enthält die Halbleitervorrichtung eine UND-Schaltung 10, einen IGBT 20 mit einer Body-Diode, einen Erfassungswiderstand 30 und eine Rückführungsschaltung 40.
Die UND-Schaltung 10 ist eine logische Schaltung, die, wenn sämtliche eingegebenen Signale einen hohen Pegel aufweisen, ein Signal eines hohen Pegels ausgibt, und ist ein so genanntes UND-Gatter. Ein externes pulsbreitenmoduliertes (PWM) Gatesignal, mit dem der IBGT 20 mit einer Body-Diode angesteuert wird, und ein Ausgang der Rückführungsschaltung 40 werden in die UND-Schaltung 10 eingegeben. Nebenbei gesagt wird das PWM-Gatesignal durch eine externe PWM-Signalerzeugungsschaltung oder Ähnliches erzeugt und an den Eingangsanschluss der UND-Schaltung 10 angelegt. Außerdem ist das PWM-Gatesignal gleichbedeutend mit einem Ansteuersignal.
Der IGBT 20 mit einer Body-Diode enthält einen IGBT-Teil 21 und einen Diodenteil 22. Der IGBT 20 mit einer Body-Diode weist den IGBT-Teil 21 und den Dioden-Teil 22 als auf demselben Halbleitersubstrat ausgebildet auf.
Der IGBT-Teil 21 enthält IGBT-Elemente 21a für Hauptzellen, die mit einer Last oder Ähnlichem verbunden sind, und IGBT-Erfassungselemente 21b für Stromerfassungszellen, die verwendet werden, um einen Strom, der in die Hauptzellen-IGBT-Elemente 21a fließt, zu erfassen. Die IGBT-Elemente 21a und IGBT- Erfassungselemente 21b sind derart ausgebildet, dass sie dieselbe Struktur aufweisen. Ein Strom, der proportional zu einem Strom ist, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, fließt in die IGBT-Erfassungselemente 21b. Die IGBT-Elemente 21a und IGBT-Erfassungselemente 21b sind derart ausgebildet, dass sie beispielsweise eine Graben-Gatestruktur aufweisen, deren Gateanschlüsse gemeinsam ausgebildet sind.
Nebenbei gesagt können als die IGBT-Elemente 21a und IGBT-Erfassungselemente 21b beispielsweise Elemente, die jeweils eine Graben-Gatestruktur aufweisen, die einen Graben, einen Gateisolierfilm und eine Gateelektrode enthält, verwendet werden. Insbesondere sind Basisbereiche vom p-Typ, die als Kanalbereiche definiert sind, in dem Oberflächenteil einer Driftschicht vom n-Typ ausgebildet, Sourcebereiche vom n⁺-Typ sind in den Oberflächenteilen der jeweiligen Basisbereiche vom p-Typ ausgebildet, und Gräben sind ausgebildet, die die Sourcebereiche vom n⁺-Typ und Basisbereiche vom p-Typ durchdringen, so dass sie Driftschichten vom n^–-Typ erreichen. Außerdem sind Gateisolierfilme aus SiO₂ und Gateelektroden aus Polysilizium aufeinander folgend auf den Innenwänden der jeweiligen Gräben ausgebildet.
Die Gatespannungen der Hauptzellen-IGBT-Elemente 21a und der Stromerfassungszellen-IGBT-Erfassungselemente 21b werden auf der Grundlage eines pulsbreitenmodulierten (PWM) Gatesignals, das die UND-Schaltung 10 durchlaufen hat, gesteuert. Insbesondere können beispielsweise, wenn das PWM-Gatesignal, dem es erlaubt ist, durch die UND-Schaltung 10 zu laufen, ein Signal eines hohen Pegels ist, die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, um diese anzusteuern. Wenn das PWM-Gatesignal ein Signal eines niedrigen Pegels ist, können die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet werden, um die Ansteuerung dieser zu beenden. Andererseits werden, wenn das Durchlaufen des PWM-Gatesignals durch die UND-Schaltung 10 beendet wird, die IGBT-Elemente 21a und IGBT-Erfassungselemente 21b nicht angesteuert.
Außerdem ist eine Last oder eine Energieversorgung, die nicht gezeigt ist, mit den Kollektoren der IGBT-Elemente 21a verbunden, und es fließt ein Hauptstrom zwischen den Kollektoren der IGBT-Elemente 21a und deren Emitter. Die Kollektoren der IGBT-Erfassungselemente 21b der Stromerfassungszellen sind gemeinsam mit den Kollektoren der IGBT-Elemente 21a der Hauptzellen ausgebildet, und die Emitter der IGBT- Erfassungselemente 21b der Stromerfassungszellen sind mit einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 30 verbunden. Der andere Anschluss des Erfassungswiderstands 30 ist mit den Emittern der IGBT-Elemente 21a verbunden. Demzufolge fließt ein Erfassungsstrom zur Erfassung eines Stroms, der von den Emittern der IGBT-Erfassungselemente 21b der Stromerfassungszellen fließt, das heißt, ein Strom proportional zu einem Strom, der in die Hauptzellen-IGBT-Elemente 21a fließt, in den Erfassungswiderstand 30, und die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 wird in die Rückführungsschaltung 40 zurückgeführt.
Der Diodenteil 22 ist dafür vorgesehen, einen Laststrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, gleichzurichten, und enthält Diodenelemente 22a für Hauptzellen, die mit den IGBT-Elementen 21a verbunden sind, und Diodenerfassungselemente 22b für Stromerfassungszellen, die verwendet werden, um einen Strom, der in die Hauptzellendiodenelemente 22a fließt, zu erfassen. Die Kathoden der Hauptzellendiodenelemente 22a und der Stromerfassungszellendiodenerfassungselemente 22b sind gemeinsam ausgebildet.
Die Anoden der Diodenelemente 22a, die in dem Diodenteil 22 enthalten sind, sind mit den Emittern der IGBT-Elemente 21a verbunden, und die Anoden der Diodenerfassungselemente 22b sind mit einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 30 verbunden. Die Kathoden der Diodenelemente 22a und der Diodenerfassungselemente 22b sind mit den Kollektoren der IGBT-Elemente 21a verbunden.
Nebenbei gesagt können als die Diodenelemente 22a und Diodenerfassungselemente 22b beispielsweise Elemente, die zahlreiche Graben-Gatestrukturen, die identisch zu denjenigen des IGBT-Teils 21 sind, aufweisen, die in dem Oberflächenteil des Halbleitersubstrats ausgebildet sind, und Bereiche vom n⁺-Typ aufweisen, die auf der Rückseite eines Siliziumsubstrats vom n-Typ ausgebildet sind, verwendet werden. Bei diesem Aufbau können Basisbereiche vom p-Typ und Driftschichten vom n-Typ, die in dem IGBT-Teil 21 enthalten sind, als eine pn-Diode dienen.
Die Rückführungsschaltung 40 entscheidet, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist oder ob ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a geflossen ist. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung ermöglicht oder beendet die Rückführungsschaltung 40 das Durchlassen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 eingegeben wird. Daher weist die Rückführungsschaltung 40 einen Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist, und einen Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf, der verwendet wird, um zu bestimmen, ob ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a geflossen ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf Spannungswerte eingestellt.
Wenn die IGBT-Elemente 21a normal angesteuert werden, das heißt, wenn kein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, fließt ein Strom von den IGBT-Erfassungselementen 21b in den Erfassungswiderstand 30. Unter der Annahme, dass das Potenzial an den Emittern der IGBT-Elemente 21a als Bezug genommen wird, weist die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 einen positiven Wert auf. Wenn im Gegensatz dazu ein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, fließt ein Strom von dem Erfassungswiderstand 30 in die Diodenerfassungselemente 22b. Unter der Annahme, dass das Potenzial an den Emittern der IGBT-Elemente 21a als Bezug genommen wird, wird die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 negativ. Demzufolge wird der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 auf einen negativen Wert eingestellt, um zu erfassen, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist.
Wenn die IGBT-Elemente 21a normal angesteuert werden, nimmt anderseits die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30, wie es oben erwähnt ist, einen positiven Wert an. Wenn jedoch ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a fließt, wird, da sich der Wert eines Erfassungsstroms, der von den IGBT-Erfassungselementen 21b zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt, erhöht, der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf einen positiven Wert eingestellt.
Zum Ansteuern der IGBT-Elemente 21a gibt die Rückführungsschaltung 40 ein Signal aus, mit dem das Durchlaufen bzw. Durchlassen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, erlaubt wird, und nimmt die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 auf. Wenn die Potenzialdifferenz Vs kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 oder größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, gibt die Rückführungsschaltung 40 ein Signal aus, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, beendet wird. Außerdem ist die Rückführungsschaltung 40 durch eine Kombination aus beispielsweise Operationsverstärkern oder Ähnlichem ausgebildet. Der Gesamtaufbau der Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform wurde insoweit beschrieben.
Nebenbei gesagt sind die UND-Schaltung 10, der Erfassungswiderstand 30 und die Rückführungsschaltung 40 äquivalent zu einer Rückführungseinrichtung oder einer Rückführungseinheit.
Im Folgenden werden die Tätigkeiten bzw. Funktionen der Halbleitervorrichtung mit Bezug auf 2 beschrieben. 2 zeigt die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30, dem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, dem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und dem Ausgang der Rückführungsschaltung 40. IIA stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist, und zeigt an, dass ein Diodenstrom erfasst wird, so dass das Durchlaufen eines Gatesignals beendet wird. IIB stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, und zeigt an, dass ein Überstrom erfasst wird, so dass das Durchlaufen eines Gatesignals beendet wird. Zu Beginn werden im Folgenden die normalen Tätigkeiten bzw. Funktionen der Halbleitervorrichtung beschrieben.
Ein PWM-Gatesignal wird durch eine PWM-Signalerzeugungsschaltung oder irgendeine andere externe Schaltung als Ansteuersignal erzeugt, mit dem die IGBT-Elemente 21a der Halbleitervorrichtung angesteuert werden, und wird in die UND-Schaltung 10 eingegeben. Andererseits werden die Diodenelemente 22a ausgeschaltet gelassen, und es fließt kein Strom in die Diodenerfassungselemente 22b. Demzufolge wird das Potenzial an einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 30, der mit den IGBT-Erfassungselementen 21b verbunden ist, größer als das Potenzial an dem anderen Anschluss, der mit den Emittern der IGBT-Elemente 21a verbunden ist. Demzufolge nimmt die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 einen positiven Wert an, wenn das Potenzial an den Emittern der IGBT-Elemente 21a als Bezug genommen wird.
Demzufolge ist, wie es in 2 gezeigt ist, die Potenzialdifferenz Vs größer als der negative Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1. Die Rückführungsschaltung 40 bestimmt, dass kein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Demzufolge wird der Ausgang der Rückführungsschaltung 40, wie es in 2 gezeigt ist, auf einen hohen Pegel eingestellt und in die UND-Schaltung 10 eingegeben. Wenn das PWM-Gatesignal eines hohen Pegels und der Ausgang der Rückführungsschaltung 40 in die UND-Schaltung 10 eingegeben werden, wird es dem PWM-Gatesignal ermöglicht, durch die UND-Schaltung 10 zu laufen und in den IGBT-Teil 21 eingegeben. Der IGBT-Teil 21 wird daher eingeschaltet. Somit werden die IGBT-Elemente 21a angesteuert, und es fließt ein Strom in die Last, die nicht gezeigt und die mit den Kollektoren oder Emittern der IGBT-Elemente 21a verbunden ist.
Wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, wird, da das Potenzial an dem anderen der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 30, der mit den Emittern der IGBT-Elemente 21a verbunden ist, größer als das Potenzial an einem der Anschlüsse, der mit den Emittern der IGBT-Elemente 21b verbunden ist, wird, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 negativ, wenn das Potenzial an den Emittern der IGBT-Elemente 21a als Bezug dient.
Demzufolge bestimmt die Rückführungsschaltung 40, wenn die Potenzialdifferenz Vs kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist, dass ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Der Ausgang der Rückführungsschaltung 40 ist daher ein Ausgang, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung einzugeben ist, beendet wird, und er wird in die UND-Schaltung 10 eingegeben.
Da kein Signal, mit dem der IGBT-Teil 21 angesteuert wird, von der UND-Schaltung 10 eingegeben wird, wird das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a beendet.
Mit anderen Worten arbeiten, wenn die Diodenelemente 22a in Durchlassrichtung arbeiten bzw. wirken, die IGBT-Elemente 21a nicht.
Solange die IGBT-Elemente 21a und die Diodenelemente 22a in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind, wird es nicht vorkommen, dass, wenn die Diodenelemente 22a in der Durchlassrichtung arbeiten, wenn die Kanäle der IGBT-Elemente 21a leiten, die Anoden und Kathoden der Diodenelemente 22a auf dasselbe Potenzial gebracht werden. Die Diodenelemente 22a werden daher aufgrund des Gatepotenzials der IGBT-Elemente 21a nicht in der Lage sein, in der Durchlassrichtung schnell zu agieren. Mit anderen Worten kann eine gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diodenelemente 22a und der Tätigkeit der IGBT-Elemente 21a, oder genauer gesagt die gegenseitige Beeinflussung zwischen dem Potenzial an den Diodenelementen 22a und dem Gatesignal für die IGBT-Elemente 21a, vermieden werden. Demzufolge kann, da eine Erhöhung der Durchlassspannung der Diodenelemente 22a vermieden werden kann, eine Erhöhung eines Verlustes der Durchlassspannung der Diodenelemente 22a verhindert werden.
Andererseits erhöht sich ein Erfassungsstrom, der von den IGBT-Erfassungselementen 21b zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt, proportional zu dem Überstrom, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a fließt. Wenn die IGBT-Elemente 21a normal arbeiten, wird die Potenzialdifferenz Vs größer als die Potenzialdifferenz Vs, die erzielt wird, wenn ein Strom in die IGBT-Elemente 21a fließt. Demzufolge bestimmt die Rückführungsschaltung 40, wenn die Potenzialdifferenz Vs größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 wird, dass ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a geflossen ist. Schließlich wird, wie es oben erwähnt ist, das Durchlaufen bzw. das Weiterreichen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, mit dem Ausgang der Rückführungsschaltung 40 beendet, und das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a wird beendet. Somit können die IGBT-Elemente 21a vor einem Durchbruch durch dem Überstrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, geschützt werden.
Wie es oben erwähnt ist, werden in der vorliegenden Ausführungsform der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 definiert. Wenn die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 gleich oder größer als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und gleich oder kleiner als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, wobei das Potenzial an den Emittern der IGBT-Elemente 21a als Bezug genommen wird, ist der Ausgang der Rückführungsschaltung 40 ein Ausgang, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, beendet wird.
Wie es oben erwähnt ist, wird in der vorliegenden Ausführungsform ein Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, durch die Diodenerfassungselemente 22b und den Erfassungswiderstand 30 erfasst. Mit anderen Worten wird durch Überwachen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30, der mit den IGBT-Erfassungselementen 21b verbunden ist, bestimmt, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung wird der Ausgang der Rückführungsschaltung 40 verwendet, um das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, zu ermöglichen oder zu beenden.
Demzufolge wird, wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a beendet, das heißt, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, wird beendet, und die IGBT-Elemente 21a werden angehalten. Daher kann verhindert werden, dass sich die Tätigkeit der IGBT-Elemente 21a und die Tätigkeit der Diodenelemente 22a negativ beeinflussen. Demzufolge kann eine Erhöhung der Durchlassspannung Vf der Diodenelemente 22a, wenn die IGBT-Elemente 21a zusammen mit den Diodenelementen 22a tätig sind, verhindert werden. Schließlich kann eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der aus der Erhöhung der Durchlassspannung Vf der Diodenelemente 22a herrührt, verhindert werden.
Weiterhin erfasst die Rückführungsschaltung 40 einen Strom, der in den Erfassungswiderstand 30 fließt, um zu bestimmen, ob ein Überstrom in die IGBT-Elemente 21a geflossen ist. Wenn die Rückführungsschaltung 40 bestimmt, dass der Überstrom in die IGBT-Elemente 21a geflossen ist, kann ein Ansteuern der IGBT-Elemente 21a beendet werden. Die IGBT-Elemente 21a können daher vor einem Durchbruch geschützt werden
Außerdem muss, da die Halbleitervorrichtung durch Verwenden der UND-Schaltung 10, des Erfassungswiderstands 30 und der Rückführungsschaltung 40 aufgebaut ist, die Elementstruktur des IGBT 20 mit einer Body-Diode nicht modifiziert werden, und die Chipgröße muss nicht vergrößert werden.
(Zweite Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Temperatur einer Halbleitervorrichtung erfasst, und der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 wird auf der Grundlage der erfassten Temperatur auf einen anderen Wert geändert.
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, weist die Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform temperaturempfindliche Diodenelemente 50 auf, die dem Aufbau, der in 1 gezeigt ist, hinzugefügt sind.
Die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 werden verwendet, um die Temperatur der Halbleitervorrichtung zu messen, oder genauer gesagt die Temperatur des IGBT 20 mit einer Body-Diode. Die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 geben temperaturabhängige Spannungen aus, d. h. weisen veränderliche Durchlassspannungen auf, und geben Durchlassspannungen in Abhängigkeit von einer Wärme, die mit der Tätigkeit des IGBT 20 mit einer Body-Diode einhergehend verteilt wird, aus.
Die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 sind beispielsweise durch Ausbilden von Polysiliziumschichten als Schichten vom n-Typ oder Schichten vom p-Typ auf Isolierfilmen, die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet sind, aufgebaut. Wie es in 3 gezeigt ist, verwendet die vorliegende Ausführungsform eine Schaltungsform, in der vier temperaturempfindliche Diodenelemente 50 in Serie zueinander geschaltet sind, und es wird eine Gesamtdurchlassspannung Vm der temperaturempfindlichen Di odenelemente 50, die eine Durchlassspannung in Bezug auf eine Masse ist, in die Rückführungsschaltung 40 eingegeben.
Es fließt ein konstanter Strom von der Rückführungsschaltung 40 zu den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50. Wie es oben erwähnt ist, wird die Durchlassspannung Vm der temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, in die Rückführungsschaltung 40 eingegeben.
Außerdem weist in der vorliegenden Ausführungsform die Rückführungsschaltung 40 zwei Diodenstromerfassungsschwellenwerte Vth1 und Vth1' auf. Im Folgenden wird der Schwellenwert Vth1 als ein erster Diodenstromerfassungsschwellenwert bezeichnet, und der Schwellenwert Vth1' wird als ein zweiter Diodenstromerfassungsschwellenwert bezeichnet. Der zweite Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' wird auf einen größeren Wert als der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 eingestellt.
Außerdem vergleicht die Rückführungsschaltung 40, wenn sie bestimmt, dass die Durchlassspannung Vm, die von den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50 ausgegeben wird, einen Temperaturschwellenwert überschreitet, der den Hochtemperaturzustand des IGBT 20 mit einer Body-Diode angibt, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 mit dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1', aber nicht mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1.
Insbesondere macht es die Rückführungsschaltung 40, wenn der IGBT 20 mit einer Body-Diode in den Hochtemperaturzustand eintritt, leichter zu bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist, und zwar unabhängig davon, wie klein der Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, ist. Demzufolge beendet die Rückführungsschaltung 40 sogar dann, wenn ein mikroskopischer Strom in die Diodenelemente 22a fließt, das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a, um eine Wärmeverteilung von dem IGBT 20 mit einer Body-Diode zu unterdrücken.
Im Folgenden werden mit Bezug auf 4 die Tätigkeiten der Halbleitervorrichtung, die durchzuführen sind, wenn der IGBT 20 mit einer Body-Diode in den Hochtemperaturzustand eintritt, beschrieben. 4 zeigt die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30, dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1', dem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und dem Ausgang der Rückführungsschaltung 40. IVA stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' ist, und zeigt an, dass ein Diodenstrom erfasst wird, so dass das Durchlaufen eines Gatesignals beendet wird. IVB stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, und zeigt an, dass ein Überstrom erfasst wird, so dass das Durchlaufen eines Gatesignals beendet wird.
Ähnlich der ersten Ausführungsform wird, wenn sowohl das PWM-Gatesignal als auch der Ausgang der Rückführungsschaltung 40 in die UND-Schaltung 10 eingegeben werden, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, erlaubt, und die IGBT-Elemente 21a werden angesteuert. In diesem Fall wird die Durchlassspannung Vm, die von der Temperatur des IGBT 20 mit einer Body-Diode abhängt, durch die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 erfasst und in die Rückführungsschaltung 40 eingegeben.
Wenn die Rückführungsschaltung 40 bestimmt, dass die Durchlassspannung Vm, die von den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50 angegeben wird, einen Temperaturschwellenwert überschreitet, wird der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, wie es in 4 gezeigt ist, in den zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' geändert.
Demzufolge kann, obwohl der Erfassungsstrom, der in den Erfassungswiderstand 30 fließt, kleiner als derjenige ist, der erfasst wird, wenn die Potenzialdifferenz Vs mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 verglichen wird, das Fließen des Stroms in die Diodenelemente 22a bestimmt werden.
Wenn die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 kleiner als der zweite Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' wird, bestimmt die Rückführungsschaltung 40, dass ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a wird ähnlich wie in der ersten Ausführungsform beendet.
Wie es oben erwähnt ist, wird, wenn die Temperatur des IGBT 20 mit einer Body-Diode hoch wird, ein Kriterium zum Bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist, in ein anderes geändert. Dieses macht es einfacher zu bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Demzufolge kann sogar dann, wenn ein Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, einen kleinen Stromwert aufweist, die gegenseitige Beeinflussung des Gatesignals für die IGBT-Elemente 21a und des Potenzials an den Diodenelementen 22a verhindert werden. Außerdem kann, da das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a beendet wird, eine Wärmeverteilung des IGBT 20 mit einer Body-Diode unterdrückt werden.
(Dritte Ausführungsform)
In der zweiten Ausführungsform sind die Komponenten als unabhängige Teile aufgebaut. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Komponenten der zweiten Ausführungsform auf einem Chip integriert.
5A ist ein Gesamtbeispielsdiagramm eines Halbleiterchips 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 5B ist ein Schaltungsdiagramm einer Schaltung, die in dem Halbleiterchip 60 enthalten ist, und entspricht dem Schaltungsdiagramm der 3. Wie es in 5A gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 60 einen IGBT 20 mit einer Body-Diode, temperaturempfindliche Diodenelemente 50, eine Verarbeitungsschaltungseinheit 70, Stromerfassungselemente 61, eine Gateanschlussfläche 62 und einen Schutzring 63.
Die Verarbeitungsschaltungseinheit 70, die in 5A gezeigt ist, enthält eine Rückführungsschaltung 40, eine UND-Schaltung 10 und einen Erfassungswiderstand 30, die in 5B gezeigt sind. Die Rückführungsschaltung 40 ist beispielsweise durch eine Dünnschicht-Transistorschaltung ausgebildet.
Außerdem erfassen die Stromerfassungselemente 61 Ströme, die jeweils in IGBT-Elemente 21a und Diodenelemente 22a fließen, und enthalten Diodenerfassungselemente 22b und IGBT-Erfassungselemente 21b. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Diodenerfassungselemente 22b nicht in dem IGBT 20 mit einer Body-Diode enthalten, und die Stromerfassungselemente 61 erfassen einen Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt. In der vorliegenden Ausführungsform erfassen die Stromerfassungselemente 61 sowohl die Ströme, die in die IGBT-Elemente 21a fließen, als auch die Ströme, die in die Diodenelemente 22a fließen. Wenn die Stromerfassungselemente 61 als beide Ströme erfassend bezeichnet werden, bedeutet dieses, dass die Stromerfassungselemente 61 sowohl den Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, als auch den Strom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, erfassen können.
Die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 sind beispielsweise in der Mitte des Halbleiterchips 60 angeordnet. Da die Temperatur in der Mitte des Halbleiterchips 60 am größten wird, da die Wärme, die verteilt wird, wenn der Halbleiterchip 60 betrieben wird, auf die Mitte des Halbleiterchips 60 konzentriert ist, sind die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 in der Mitte des Halbleiterchips 60 angeordnet.
Die Gateanschlussfläche 62 ist eine Elektrode, die mit dem Eingangsanschluss der UND-Schaltung 10 verbunden ist und an die extern ein PWM-Gatesignal angelegt wird.
Der Schutzring 63, der den IGBT 20 mit einer Body-Diode umgibt, die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, die Verarbeitungsschaltungseinheit 70, die Stromerfassungselemente 61 und die Gateanschlussfläche 62 sind an dem Umfang des Halbleiterchips 60 angeordnet. Der Schutzring 63 gewährleistet die dielektrische Festigkeit des Halbleiterchips 60.
Wie es oben erwähnt ist, kann eine Schaltung für allgemeine Zwecke als eine PWM-Steuerungsschaltung übernommen werden, die verwendet wird, um den IGBT- Teil 21 anzusteuern, wenn die Halbleitervorrichtung in dem Halbleiterchip 60 integriert ist.
(Vierte Ausführungsform)
6A ist ein Gesamtbeispielsdiagramm eines Halbleiterchips 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. 6B zeigt die Struktur der Rückseite des Halbleiterchips 60, der in 6A gezeigt ist. Der Halbleiterchip 60, der in 6A gezeigt ist, enthält ähnlich der dritten Ausführungsform eine Halbleitervorrichtung, die in dem Schaltungsdiagramm der 5B gezeigt ist.
Wie es in 6A gezeigt ist, sind die Diodenerfassungselemente 22b und IGBT-Erfassungselemente 21b in der vorliegenden Ausführungsform im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform unabhängig voneinander in dem Halbleiterchip 60 integriert.
Wie es in 6B gezeigt ist, ist der Halbleiterchip 60 durch ein Substrat 80 vom n-Typ ausgebildet. Auf der Rückseite des Halbleiterchips 60 sind Bereiche vom p⁺-Typ 81, die den IGBT-Teil 21 realisieren, und Bereiche vom n⁺-Typ 82, die den Diodenteil 22 realisieren, abwechselnd wiederholt angeordnet.
Normalerweise fließt, da nur die Bereiche vom p⁺-Typ 81 auf der Rückseite eines Chips in den IGBT-Erfassungselementen 21b ausgebildet sind, ein Strom in die IGBT-Erfassungselemente 21b, aber es fließt kaum ein Strom in die Diodenerfassungselemente 22b. In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch der Ausgang der Diodenerfassungselemente 22b vergrößert werden, da die Bereiche vom n⁺-Typ 82 zusammen mit den Bereichen vom p⁺-Typ 81 angeordnet sind (beidseitige Ausrichtung). Schließlich kann die Stromerfassungsempfindlichkeit vergrößert werden.
(Fünfte Ausführungsform)
In der ersten bis vierten Ausführungsform wird der IGBT 20 mit einer Body-Diode als eine Halbleitervorrichtung verwendet. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein doppelt diffundierter Metalloxid-FET-Halbleiter (DMOS) verwendet.
Insbesondere werden Erfassungselemente, die in dem DMOS integriert sind, verwendet, um die Polarität eines Stroms, der in Diodenelemente fließt, zu erfassen, so dass eine Diodentätigkeit mit einer DMOS-Tätigkeit realisiert wird. Während einer Zeit, während der die Diodenelemente in einer Durchlassrichtung wirken, wird ein Gatesignal für DMOS-Elemente in einen Durchlassspannungspegel gebracht, so dass ein Strom, der in dieselbe Richtung wie die Richtung eines Stroms, der in die Diodenelemente fließt, gerichtet ist, in die DMOS-Elemente fließen wird. Somit wird verhindert, dass ein Strom in die Diodenelemente fließt, in denen eine Durchlassspannung aufgebaut ist. Schließlich wird eine Erhöhung eines DC-Verlustes in den Diodenelementen verhindert.
7 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, enthält die Halbleitervorrichtung einen DMOS 100 mit einer Body-Diode, einen Erfassungswiderstand 30 und eine Rückführungsschaltung 200. Verbindungsformen des DMOS 100 mit einer Body-Diode und des Erfassungswiderstands 30 sind identisch zu denen, die in 1 gezeigt sind.
Der DMOS 100 mit einer Body-Diode enthält einen DMOS-Teil 110 und einen Diodenteil 120. Der DMOS 100 mit einer Body-Diode weist den DMOS-Teil 110 und den Diodenteil 120 in demselben Halbleitersubstrat ausgebildet auf.
Der DMOS-Teil 120 enthält DMOS-Elemente 111 für Hauptzellen, die mit einer Last oder Ähnlichem verbunden sind, und DMOS-Erfassungselemente 112 für Stromerfassungszellen, die verwendet werden, um einen Strom, der in die Hauptzellen-DMOS-Elemente 111 fließt, zu erfassen. Die DMOS-Elemente 111 und DMOS-Erfassungselemente 112 sind derart ausgebildet, dass sie dieselbe Struktur aufweisen. Der Strom, der proportional zu dem Strom ist, der in die DMOS-Elemente 111 fließt, fließt in die DMOS-Erfassungselemente 112. Die Gatespannungen in den Hauptzellen-DMOS-Elementen 111 und Stromerfassungszellen-DMOS-Erfassungselementen 112 werden durch die Rückführungsschaltung 200 gesteuert.
Der Diodenteil 120 enthält Diodenelemente 121 für Hauptzellen, die mit den DMOS-Elementen 111 verbunden sind, und Diodenerfassungselemente 122 für Stromerfassungszellen, die verwendet werden, um einen Strom, der in die Hauptzellendiodenelemente 121 fließt, zu erfassen.
Die Rückführungsschaltung 200 nimmt die Potenzialdifferenz Vs, die zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 auftritt, wenn ein Strom in die Hauptzellen-DMOS-Elemente 111 fließt, auf, bestimmt auf der Grundlage der Potenzialdifferenz Vs, ob ein Strom in die Diodenelemente 121 geflossen ist, und steuert das Ansteuern der DMOS-Elemente 111 auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung. Daher weist die Rückführungsschaltung 200 einen Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 auf, der zu verwenden ist, um zu bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 121 geflossen ist. Der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 wird beispielsweise auf einen Spannungswert eingestellt. Ähnlich der ersten Ausführungsform wird der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 auf einen negativen Wert eingestellt, um zu erfassen, ob ein Strom in die Diodenelemente 121 geflossen ist. Nebenbei gesagt wird die Rückführungsschaltung 200 in Tätigkeit versetzt, wenn eine Spannung von einer Energieversorgung 300 angelegt wird.
Im Folgenden werden die Tätigkeiten bzw. Vorgänge in der Halbleitervorrichtung mit Bezug auf 8 beschrieben. 8 zeigt die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30, dem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und dem Ausgang der Rückführungsschaltung 200. VIII stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist, und zeigt an, dass ein Diodenstrom erfasst wird, so dass ein Durchlaufen eines Gatesignals ermöglicht wird.
Zu Beginn fließt zu dem Zeitpunkt, zu dem die Diodenelemente 121 in einem synchronen Gleichrichtungsmodus arbeiten, ein Strom in einer Durchlassrichtung in die Diodenelemente 121, das heißt, von den Anoden der Diodenelemente 121 zu deren Kathoden. Dementsprechend fließt ebenfalls ein Strom in die Diodenerfassungselemente 122. Es tritt daher eine Potenzialdifferenz in dem Erfassungswiderstand 30, der mit dem Diodenerfassungselementen 122 verbunden ist, auf.
Insbesondere wird, wenn ein Durchlassstrom in die Diodenelemente 121 fließt, das Potenzial an dem anderen Anschluss des Erfassungswiderstands 30, der mit den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 verbunden ist, größer als das Potenzial an dessen einem Anschluss, der mit den Sourceanschlüssen der DMOS-Erfassungselemente 112 verbunden ist. Die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 weist daher einen negativen Wert auf, wenn das Potenzial an den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 als Bezug genommen wird. Die negative Potenzialdifferenz Vs wird in die Rückführungsschaltung 200 eingegeben und mit dem negativen Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 verglichen. Wenn die Potenzialdifferenz Vs einen größeren negativen Wert als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 aufweist, erzeugt die Rückführungsschaltung 200 ein Gatesignal (hoher Pegel), mit dem die DMOS-Elemente 111 eingeschaltet werden, und die DMOS-Elemente 111 werden dann eingeschaltet.
Wenn ein Strom in die Diodenelemente 121 fließt, ist eine Durchlassspannung Vf notwendig. Dieses bewirkt einen DC-Verlust in einer Schaltung, in der die Halbleitervorrichtung integriert ist. Wenn jedoch die DMOS-Elemente 111 eingeschaltet sind, dienen die DMOS-Elemente 111 als Verdrahtung (Widerstandselemente). Daher fließt ein Strom von den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 zu deren Drainanschlüssen, aber es fließt kein Strom in die Diodenelemente 121. Mit anderen Worten schaltet die Rückführungsschaltung 200 die DMOS-Elemente 111 ein, so dass ein Strom, der in dieselbe Richtung gerichtet ist wie die Richtung, in der der Durchlassstrom der Diodenelemente 121 fließt, in die DMOS-Elemente 111 fließen wird. Somit fließt der Strom, der in einer Durchlassrichtung in die Diodenelemente 121 geflossen ist, in die DMOS-Elemente 111. Demzufolge wird eine Erhöhung eines Verlustes der Durchlassspannung Vf, die benötigt wird, um zu bewirken, dass der Durchlassstrom in die Diodenelemente 121 fließt, verhindert.
Andererseits wird ein Betrieb einer Gleichrichtung in den Diodenelementen 121 ausgeführt. Zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom, der in die entgegen gesetzte Richtung gerichtet ist, in die Diodenelemente 121 fließt, wird das Potenzial an einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 30, der mit den DMOS-Erfassungselementen 112 verbunden ist, größer als das Potenzial an dessen anderem Anschluss, der mit den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 verbunden ist. Die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 weist einen positiven Wert auf, wenn das Potenzial an den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 als Bezug genommen wird. Wenn die Rückführungsschaltung 200 bestimmt, dass der Wert der positiven Potenzialdifferenz Vs größer als der Wert des negativen Diodenstromerfassungsschwellenwerts Vth1 ist, wird ein Gatesignal (niedriger Pegel), mit dem die DMOS-Elemente 111 ausgeschaltet werden, wie es in 8 gezeigt ist, erzeugt. Die DMOS-Elemente 111 werden durch die Rückführungsschaltung 200 ausgeschaltet. Somit werden die DMOS-Elemente 111 ausgeschaltet, wenn der Betrieb der Gleichrichtung in den Diodenelementen 121 ausgeführt wird.
Wie es oben erwähnt ist, werden gemäß der vorliegenden Ausführungsform die DMOS-Elemente 111 in der Halbleitervorrichtung, die den DMOS 100 mit einer Body-Diode verwendet, wenn ein Durchlassstrom in die Diodenelemente 121 fließt, eingeschaltet, so dass ein Strom in die DMOS-Elemente 111 fließen wird. Demzufolge wird kein Verlust der Durchlassspannung Vf, die in den Diodenelementen 121 entwickelt wird, auftreten, wenn der Durchlassstrom in die Diodenelemente 121 fließt. Es kann ein Schaltbetrieb mit niedrigen Verlusten erzielt werden.
(Sechste Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform erfasst die Schaltung, die in 7 gezeigt und als die fünfte Ausführungsform präsentiert ist, die Temperatur einer Halbleitervorrichtung. Ähnlich der zweiten Ausführungsform wird der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 auf der Grundlage der erfassten Temperatur auf einen anderen geändert.
9 ist eine Draufsicht auf einen Halbleiterchip 60 der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in 9 gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 60 einen DMOS 100 mit einer Body-Diode, temperaturempfindliche Diodenelemente 50, eine Verarbeitungsschaltungseinheit 71, Stromerfassungselemente 61, eine Gateanschlussfläche 62, einen Schutzring 63, eine Sourceanschlussfläche 64 und eine Energieversorgungsanschlussfläche 65.
Die Sourceanschlussfläche 64 ist eine Elektrode, die mit einer Last verbunden ist. Die Energieversorgungsanschlussfläche 65 ist eine Elektrode zur Verwendung beim Anlegen einer Spannung von einer Energieversorgung an eine Rückführungsschaltung 200. Unter der Annahme, dass die Oberfläche des Halbleiterchips 60, der in 9 gezeigt ist, dessen Vorderseite ist, ist eine Drainanschlussfläche auf der Rückseite des Halbleiterchips 60 angeordnet. 10 zeigt eine äquivalente Schaltung des Aufbaus.
In 10 enthält die Verarbeitungsschaltungseinheit 71, die Rückführungsschaltung 200 und einen Erfassungswiderstand 30. Außerdem sind die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, die in 3 gezeigt sind, mit der Rückführungsschaltung 200 verbunden. Es fließt ein konstanter Strom von der Rückführungsschaltung 200 zu den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50. Wie es zuvor erwähnt wurde, wird die Durchlassspannung Vm der temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, die sich in Abhängigkeit von der Temperatur ändert, in die Rückführungsschaltung 200 eingegeben.
Die Rückführungsschaltung 200 weist ähnlich derjenigen der zweiten Ausführungsform einen ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und einen zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' auf, der größer als der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist. Wenn die Rückführungsschaltung 200 bestimmt, dass die Durchlassspannung Vm, die von den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50 eingegeben wird, einen Temperaturschwellenwert überschreitet, der den Hochtemperaturzustand des DMOS 100 mit einer Body-Diode angibt, vergleicht die Rückführungsschaltung 200 die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 mit dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1', aber nicht mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1.
Insbesondere macht es die Rückführungsschaltung 200, wie es in 11 gezeigt ist, wenn der DMOS 100 mit einer Body-Diode in den Hochtemperaturzustand eintritt, einfach zu bestimmen, ob ein Strom in die Diodenelemente 121 geflossen ist, und zwar unabhängig davon, wie klein der Strom, der in die Diodenelemente 121 fließt, ist. Dementsprechend steuert sogar dann, wenn ein mikroskopisch kleiner Strom in die Dioden elemente 121 fließt, die Rückführungsschaltung 200 die DMOS-Elemente 111 an, um zu verhindern, dass ein Durchlassstrom in die Diodenelemente 121 fließt. XI stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1' ist, und zeigt an, dass ein Diodenstrom erfasst wird, so dass ein Durchlaufen bzw. Weiterreichen eines Gatesignals ermöglicht wird.
Wie es oben erwähnt ist, verringert die Rückführungsschaltung 200 den Schwellenwert zur Verwendung beim Erfassen eines Diodenstroms, wenn die Halbleitervorrichtung bei einer hohen Temperatur betrieben wird, bei der ein Verlust in den Diodenelementen 121 ein Problem darstellt. Somit wird eine Erhöhung eines DC-Verlustes eines sogar kleinen Stroms, der in die Diodenelemente 121 fließt, verhindert, und es kann eine Wärmeverteilung von den Diodenelementen 121 unterdrückt werden.
(Siebte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Rauschfestigkeit verbessert, um einen Fall zu meistern, bei dem die Potenzialdifferenz Vs aufgrund des Rauschens schwankt.
Demzufolge weist die Rückführungsschaltung 200 einen Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1'' auf, der größer als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist. Hier wird der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 als ein erster Diodenstromerfassungsschwellenwert bezeichnet, und der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1'' wird als ein dritter Diodenstromerfassungsschwellenwert bezeichnet.
Wie es in 12 gezeigt ist, verwendet die Rückführungsschaltung 200, wenn sich der Wert der Potenzialdifferenz Vs zu einer negativen Seite hin ändert, den ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, um zu bestimmen, ob die DMOS-Elemente 111 angesteuert werden sollten. Andererseits verwendet die Rückführungsschaltung 200, wenn sich der Wert der Potenzialdifferenz Vs zu einer positiven Seite ändert, den dritten Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1'', um zu bestimmen, ob die DMOS-Elemente 111 angesteuert werden sollten. Somit wirkt die Rückführungsschaltung 200 wie eine Schmitt-Schaltung. XII stellt einen Bereich dar, in dem die Potenzialdifferenz Vs gleich oder kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist, und zeigt an, dass ein Diodenstrom erfasst wird, so dass ein Durchlaufen eines Gatesignals ermöglicht wird.
Demzufolge wird es, da der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 und der dritte Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1'' einen Rauschspielraum zwischen sich aufweisen, sogar dann, wenn die Potenzialdifferenz Vs aufgrund von Rauschen schwankt, nicht vorkommen, dass die Ein- und Aus-Zustände der DMOS-Elemente 111 aufgrund des Rauschens gewechselt werden. Es kann eine Halbleitervorrichtung realisiert werden, die sehr widerstandsfähig gegenüber Rauschen ist.
(Achte Ausführungsform)
In der fünften bis siebten Ausführungsform diagnostiziert die Halbleitervorrichtung selbst einen Strom, der in die Diodenelemente 121 fließt, um die DMOS-Elemente 111 ein- oder auszuschalten, um einen DC-Verlust in den Diodenelementen 121 zu minimieren. Der DMOS mit einer Body-Diode dient als eine Diode in Bezug auf eine externe Schaltung. In der vorliegenden Ausführungsform dienen die DMOS-Elemente 111 als Schaltelemente.
13 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, wird der Ausgang der Rückführungsschaltung 200 in eine ODER-Schaltung 400 eingegeben. Außerdem wird ein Schaltsignal, mit dem die DMOS-Elemente 111 ein- oder ausgeschaltet werden, von einer externen Steuerungsschaltung in die ODER-Schaltung 400 eingegeben.
Demzufolge gibt die Rückführungsschaltung 200, wenn ein Strom in die Diodenelemente 121 fließt, ein Ansteuersignal, mit dem die DMOS-Elemente 111 eingeschaltet werden, in die ODER-Schaltung 400 ein. Dementsprechend werden die DMOS-Elemente 111 eingeschaltet. Wie es mit Bezug auf die fünfte Ausführungsform beschrieben wurde, fließt ein Strom, wie es mit einem Pfeil 500 in 13 angegeben ist, von den Sourceanschlüssen der DMOS-Elemente 111 zu deren Drainanschlüssen. Es wird ein Verlust der Durchlassspannung Vf der Diodenelemente 121 minimiert.
Andererseits gibt die externe Steuerungsschaltung, wenn die Rückführungsschaltung 200 nicht erfasst, dass ein Strom in die Diodenelemente 121 geflossen ist, wenn die DMOS-Elemente 111 als Schaltelemente dienen können, das Schaltsignal, mit dem die DMOS-Elemente 111 eingeschaltet werden, in die ODER-Schaltung 400 ein. Die ODER-Schaltung 400 schaltet dann die DMOS-Elemente 111 ein. Demzufolge fließt ein Strom, wie es mit einem Pfeil 600 in 13 angegeben ist, von den Drainanschlüssen der DMOS-Elemente 111 zu deren Sourceanschlüssen. Die DMOS-Elemente 111 dienen daher als die Schaltelemente.
Wie es oben erwähnt ist, können die DMOS-Elemente 111, die in der Halbleitervorrichtung enthalten sind, nicht nur verwendet werden, um einen DC-Verlust in den Diodenelementen 121 zu minimieren, sondern können ebenfalls als Schaltelemente verwendet werden. Die ODER-Schaltung 400 ist äquivalent zu einer Ansteuereinrichtung oder einer Ansteuereinheit.
(Weitere Ausführungsformen)
Die Ausführungsformen wurden unter der Annahme beschrieben, dass der IGBT-Teil 21 entsprechend einem Pulsbreitenmodulationssteuerungsverfahren (PWM-Steuerungsverfahren) gesteuert wird. Die PWM-Steuerung ist nur eine Form von Steuerung. Die IGBT-Elemente 21a können beispielsweise in einem vollständig eingeschalteten Modus angesteuert werden. Dasselbe gilt für das Ansteuern der DMOS-Elemente 111, die in der achten Ausführungsform enthalten sind.
In der ersten bis vierten Ausführungsform bestimmt die Rückführungsschaltung 40 sowohl einen Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, als auch einen Überstrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt. Eine Halbleitervorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass die Rückführungsschaltung 40 nur den Strom, der in den Diodenteil 22 fließt, bestimmt. In diesem Fall müssen die IGBT-Erfassungselemente 21b nicht in dem IGBT-Teil 21 enthalten sein. Die Halbleitervorrichtung kann die IGBT-Elemente 21a und den Diodenteil 22 als den IGBT 20 mit einer Body-Diode enthalten. Hall-Elemente können als Elemente verwendet werden, die Stromkomponenten erfassen, die in die jeweiligen Diodenelemente 21a fließen. Hinsichtlich der Verwendung der Hall-Elemente gilt dasselbe für die fünfte bis achte Ausführungsform.
Nebenbei gesagt kann ein Schaltkreis, in dem die Diodenerfassungselemente 22b nicht verwendet werden, sondern ein Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, direkt erfasst wird, verwendet werden. In diesem Fall sollte eine Halbleitervorrichtung den IGBT 20 mit einer Body-Diode und eine Einrichtung (oder eine Einheit) enthalten, die einen Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, erfasst, die, wenn kein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, das Durchlaufen eines extern eingegebenen pulsbreitenmodulierten Gatesignals erlaubt und die, wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals beendet (beispielsweise die UND-Schaltung 10, den Erfassungswiderstand 30 und die Rückführungsschaltung 40). In diesem Fall wird ein Schaltkreis ausreichend sein, der den Erfassungswiderstand 30 zusätzlich zu der Einrichtung oder Einheit zum Erlauben oder Beenden des Durchlaufens des PWM-Gatesignals enthält. Außerdem wird ein Schaltkreis ausreichend sein, in dem ein Strom, der in die Diodenerfassungselemente 22b fließt, in den Erfassungswiderstand 30 fließt. Es muss nicht gesagt werden, dass außerdem ein Schaltkreis ausreichend ist, in dem weiterhin die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 enthalten sind. Der Schaltkreis, in dem die Diodenerfassungselemente 122 nicht verwendet werden müssen, aber ein Strom, der in die Diodenelemente 121 fließt, direkt erfasst wird, kann in der fünften bis achten Ausführungsform verwendet werden.
In den Ausführungsformen werden die Diodenstromerfassungsschwellenwerte Vth1, Vth1' und Vth1'' auf negative Werte eingestellt, und der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 wird auf einen positiven Wert eingestellt. Dies ist nur ein Beispiel. Somit ist dieses nicht auf diese Schwellenwerte beschränkt. Weiterhin werden die Diodenstromerfassungsschwellenwerte Vth1, Vth1' und Vth1'' und der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf Spannungswerte eingestellt. In einem Fall, in dem die Rückführungseinrichtung einschließlich der UND-Schaltung 10, des Erfassungswiderstands 30 und der Rückführungsschaltung 40 einen Strom erfasst, der in die Diodenelemente 22a fließt, werden die Schwellenwerte auf Stromwerte eingestellt.
Für die zweite und sechste Ausführungsform, die in den 3 und 10 gezeigt sind, wurde eine Schaltungsform, bei der die vier temperaturempfindlichen Diodenelemente 50 direkt geschaltet sind, eingeführt. Die Anzahl der temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, deren Zahl vier beträgt, ist nur ein Beispiel. Es können mehrere temperaturempfindliche Diodenelemente oder nur ein temperaturempfindliches Diodenelement verwendet werden.
Die Rückführungsschaltung 200, die in der siebten Ausführungsform enthalten ist und wie eine Schmitt-Schaltung wirkt, kann als die Rückführungsschaltung 200 verwendet werden, die in der sechsten Ausführungsform enthalten ist und die Temperatur erfasst.
(Neunte Ausführungsform)
14 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, enthält der Schaltkreis zusätzlich zu den Schaltungen, die in 1 gezeigt sind, eine erste Rückführungsschaltung 41 und eine zweite Rückführungsschaltung 42.
Die erste Rückführungsschaltung 41 ist zwischen den Ausgangsanschluss der UND-Schaltung 10 und die zweite Rückführungsschaltung 42 geschaltet. Die erste Rückführungsschaltung 41 bestimmt mittels eines Gatesignals (Gatepotenzial Vg), das von der UND-Schaltung 10 ausgegeben wird, ob die IGBT-Elemente 21a ein- oder ausgeschaltet werden, und gibt das Ergebnis der Bestimmung an die zweite Rückführungsschaltung 42 aus.
Genauer gesagt weist die erste Rückführungsschaltung 41 einen Kriterienschwellenwert H0 für das Gatesignal (Gatepotenzial Vg) auf. Wenn das Gatesignal, das von der UND-Schaltung 10 ausgegeben wird, den Kriterienschwellenwert H0 überschreitet, gibt die erste Rückführungsschaltung einen ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert H1, der angibt, dass die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet wurden, an die zweite Rückführungsschaltung 42 aus. Wenn das Gatesignal den Kriterienschwellenwert H0 nicht überschreitet, gibt die erste Rückführungsschaltung einen zweiten Diodenstromer fassungsschwellenwert, der einen größeren Wert als der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert H1 aufweist und angibt, dass die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet wurden, an die zweite Rückführungsschaltung 42 aus. Die Schwellenwerte H1 und H2 werden auf negative Werte eingestellt.
Die zweite Rückführungsschaltung 42 vergleicht die Potenzialdifferenz Vs mit dem Schwellenwert H1 oder H2, der von der ersten Rückführungsschaltung 41 eingegeben wird. Auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung erlaubt oder beendet die zweite Rückführungsschaltung 42 das Durchlaufen eines pulsbreitenmodulierten Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist. Außerdem weist die zweite Rückführungsschaltung 42 einen Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf, der in Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben wurde.
Wie es oben erwähnt ist, vergleicht die zweite Rückführungsschaltung 42 die Potenzialdifferenz Vs mit einem der unterschiedlichen Schwellenwerte H1 und H2 entsprechend dem Gatesignal. Dieses kommt daher, dass sich die Größe eines Stroms, der in die Diodenelemente 22a (Freilaufdiodenelemente (FWD-Elemente)) fließt, in Abhängigkeit davon ändert, ob die IGBT-Elemente 21a ein- oder ausgeschaltet wurden.
15 zeigt die Beziehung zwischen einem Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, und der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30. XVA stellt einen IGBT-Wirkungsbereich dar und XVB stellt einen FWD-Wirkungsbereich dar. Wie es in der Zeichnung angegeben ist, weisen der Strom I und die Potenzialdifferenz Vs eine proportionale Beziehung zueinander auf, wenn sowohl der Strom I, der in die Diodenelemente 22a fließt, als auch die Potenzialdifferenz Vs positive Werte aufweisen. Wenn jedoch der Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, negativ wird, das heißt, wenn die Diodenelemente 22a in Tätigkeit versetzt werden, nimmt die Potenzialdifferenz Vs einen anderen Wert in Bezug auf den Stromwert abhängig davon an, ob die IGBT-Elemente 21a ein- oder ausgeschaltet wurden (Vg = Durchlassspannung) (Vg = Sperrspannung). Mit anderen Worten sind, während ideale Stromwerte als eine gestrichelte Linie in einem FWD-Wirkungsbereich in 15 gezeichnet sind, unterschiedliche Linien in Verbindung mit den Werten des Gatepotenzials Vg gezeichnet.
Insbesondere wird, wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist, wenn die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 größer, da ein Strom von den IGBT-Elementen 21b zu dem Erfassungswiderstand 30 fließt. Im Gegensatz dazu wird, wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist, wenn die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet werden, die Potenzialdifferenz Vs kleiner als diejenige, die erhalten wird, wenn die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, da die Potenzialdifferenz Vs in dem Erfassungswiderstand 30 von dem Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, abhängt.
Demzufolge können die IGBT-Elemente 21a stabiler gesteuert werden, da einer der unterschiedlichen Schwellenwerte H1 und H2 in Abhängigkeit davon verwendet wird, ob die IGBT-Elemente 21a ein- oder ausgeschaltet wurden, wenn ein Strom in die Diodenelemente 22a geflossen ist. Entsprechend dem Schwellenwert H1 oder H2, der von der ersten Rückführungsschaltung 41 eingegeben wird, vergleicht die zweite Rückführungsschaltung 42 die Potenzialdifferenz Vs mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert H1, wenn die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet wurden. Wenn die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet wurden, vergleicht die zweite Rückführungsschaltung 42 die Potenzialdifferenz Vs mit dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2, der kleiner als der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert H1 ist.
In 15 fließt innerhalb eines IGBT-Wirkungsbereiches, wenn die Potenzialdifferenz Vs einen Wert Vth3 aufweist, ein Strom Imax in die Diodenelemente 22a.
Es folgt eine Beschreibung mit Bezug auf die 16A und 16B. 16A zeigt einen Ausgang der ersten Rückführungsschaltung 41 mit Bezug auf das Gatepotenzial Vg, das von der UND-Schaltung 10 ausgegeben wird, und 16B zeigt einen Ausgang der zweiten Rückführungsschaltung 42 mit Bezug auf die Potenzialdifferenz Vs. In 16A gibt die Ordinate negative Werte an. In 16B gibt die Ordinate positive Werte an.
Wie es in 16A gezeigt ist, vergleicht die erste Rückführungsschaltung 41 das Gatepotenzial Vg, das von der UND-Schaltung 10 ausgegeben wird, mit dem Kriterienschwellenwert H0 und bestimmt, ob das Gatepotenzial Vg einen Wert aufweist, mit dem die IGBT-Elemente 21a angesteuert werden. Wenn das Gatepotenzial Vg den Kriterienschwellenwert H0 überschreitet, gibt die erste Rückführungsschaltung 41 den ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert H1 aus. Wenn das Gatepotenzial Vg auf unterhalb des Kriterienschwellenwerts H0 abfällt, gibt die erste Rückführungsschaltung 41 den zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2 aus.
Danach vergleicht die zweite Rückführungsschaltung 42, wie es in 16B gezeigt ist, die Potenzialdifferenz Vs mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert H1 oder dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2, der von der ersten Rückführungsschaltung 41 eingegeben wird. Wenn sich die Potenzialdifferenz Vs von einer negativen Seite zu einer positiven Seite hin erhöht, erlaubt die zweite Rückführungsschaltung, wenn die Potenzialdifferenz Vs den zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2 überschreitet, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das extern in die UND-Schaltung 10 eingegeben wird, durch die UND-Schaltung 10. Andererseits erlaubt die zweite Rückführungsschaltung 42, wenn sich die Potenzialdifferenz Vs von der positiven Seite zu der negativen Seite hin verringert, wenn die Potenzialdifferenz Vs auf unterhalb des ersten Diodenstromerfassungsschwellenwerts H1 abfällt, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das extern in die UND-Schaltung 10 eingegeben wird, durch die UND-Schaltung 10 nicht. Die zweite Rückführungsschaltung 42 steuert das Durchlaufen des PWM-Gatesignals durch die UND-Schaltung 10 entsprechend dem Gatepotenzial Vg der IGBT-Elemente 21a, so dass das Durchlaufen eine Hysterese aufweist.
Außerdem beendet die zweite Rückführungsschaltung 42 ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, wenn die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 10 einzugeben ist, um die IGBT-Elemente 21a vor einem Durchbruch aufgrund eines Überstroms zu schützen.
Wie es oben erwähnt ist, werden in der vorliegenden Ausführungsform Informationen über den Durchlass- oder Sperrzustand der IGBT-Elemente 21a in die UND-Schaltung 10 zurückgeführt, um das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a zu steuern. Insbesondere ist das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a entsprechend dem Gatepotenzial Vg mit einer Hysterese versehen. Wenn die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet wurden, fließt ein Strom schnell in die Diodenelemente 22a. Daher können durch Vergleichen der Potenzialdifferenz Vs mit dem kleineren zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2 die IGBT-Elemente 21a zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, zu dem ein Strom in die Diodenelemente 22a fließt. Außerdem fließt kein Strom schnell in die Diodenelemente 22a, wenn die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet wurden. Daher können die IGBT-Elemente 21a durch Vergleichen der Potenzialdifferenz Vs mit dem größeren ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert H1, solange kein Strom in die Diodenelemente 22a fließt, eingeschaltet werden.
Demzufolge kann eine gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diodenelemente 22a und der Tätigkeit der IGBT-Elemente 21a vermieden werden, um eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in dem Diodenteil 22 zu verhindern. Außerdem können die IGBT-Elemente 21a stabil gesteuert werden, ohne dass sie flattern oder vibrieren.
Nebenbei gesagt ist die erste Rückführungsschaltung 41 äquivalent zu der ersten Rückführungseinrichtung oder der ersten Rückführungseinheit, und die UND-Schaltung 10 und die zweite Rückführungsschaltung 42 sind äquivalent zu der zweiten Rückführungseinrichtung oder der zweiten Rückführungseinheit.
(Zehnte Ausführungsform)
In der neunten Ausführungsform wird ein Ausgang der UND-Schaltung 10 (Gatepotenzial Vg) in die erste Rückführungsschaltung 41 eingegeben, um den Durchlass- oder Sperrzustand der IGBT-Elemente 21a zu bestimmen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Schaltung, die eine Hysterese bereitstellt, verwendet. Somit werden dieselben Tätigkeiten wie diejenigen in der Halbleitervorrichtung der neunten Ausführungsform durchgeführt, ohne das Gatepotenzial Vg erfassen zu müssen.
17 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, wird die Potenzialdifferenz Vs an dem Erfassungswiderstand 30 in eine IGBT-Rückführungsschaltung 43 und eine Dioden-Schmitt-Schaltung 44 eingegeben. Weiterhin werden ein externes PWM-Gatesignal und der Ausgang der IGBT-Rückführungsschaltung 43 in eine UND-Schaltung 11 eingegeben, und das externe PWM-Gatesignal und der Ausgang der Dioden-Schmitt-Schaltung 44 werden in eine UND-Schaltung 12 eingegeben. Außerdem werden die Ausgänge der UND-Schaltungen 11 und 12 in eine ODER-Schaltung 13 eingegeben, und der Ausgang der ODER Schaltung 13 wird als das Gatepotenzial Vg in die IGBT-Elemente 21a eingegeben.
Die IGBT-Rückführungsschaltung 43 erfasst einen Überstrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, und weist einen Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf. Die IGBT-Rückführungsschaltung 43 nimmt die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 auf und vergleicht die Potenzialdifferenz Vs mit dem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2. Wie es in 18A gezeigt ist, gibt, wenn die Potenzialdifferenz Vs den Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 überschreitet, die IGBT-Rückführungsschaltung 43 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet werden.
Außerdem erfasst die Dioden-Schmitt-Schaltung 44 einen Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, und weist die Schwellenwerte H1 und H2, die in der neunten Ausführungsform verwendet werden, auf. Die Dioden-Schmitt-Schaltung 44 empfängt die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 30 und vergleicht die Potenzialdifferenz mit dem Schwellenwert H1 oder H2. Wie es in 18B gezeigt ist, gibt, wenn sich die Potenzialdifferenz Vs von einer negativen Seite zu einer positiven Seite hin erhöht, die Dioden-Schmitt-Schaltung 44 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, wenn die Potenzialdifferenz Vs den zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2 überschreitet. Wenn sich die Potenzialdifferenz Vs von der positiven Seite zu der negativen Seite hin verringert, gibt die Dioden-Schmitt-Schaltung 44 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a ausge schaltet werden, wenn die Potenzialdifferenz Vs auf unterhalb des ersten Diodenstromerfassungsschwellenwerts H1 abfällt.
Wenn sowohl das PWM-Gatesignal als auch der Ausgang der IGBT-Rückführungsschaltung 43 einen hohen Pegel aufweisen, gibt die UND-Schaltung 11 ein Signal eines hohen Pegels aus. Wenn andererseits sowohl das PWM-Gatesignal als auch der Ausgang der Dioden-Schmitt-Schaltung 44 einen hohen Pegel aufweisen, gibt die UND-Schaltung 12 ein Signal eines hohen Pegels aus.
Wenn die ODER-Schaltung 13 das Signal eines hohen Pegels von einer der UND-Schaltungen 11 und 12 empfängt, gibt die ODER-Schaltung 13 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, so dass die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden. Wenn andererseits kein Signal eines hohen Pegels von den UND-Schaltungen 11 und 12 eingegeben wird, gibt die ODER-Schaltung 13 kein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden. Die IGBT-Elemente 21a werden daher ausgeschaltet.
Wie es oben erwähnt ist, sind die IGBT-Rückführungsschaltung 43, die vorgesehen ist, eine Rückführungssteuerung durch Erfassen eines Überstroms in den IGBT-Elementen 21a durchzuführen, und die Dioden-Schmitt-Schaltung 44, die vorgesehen ist, eine Rückführungssteuerung durch Erfassen eines Diodenstroms durchzuführen, unabhängig voneinander enthalten. Die Ausgänge der Schaltungen 43 und 44 werden mit dem PWM-Gatesignal synthetisiert und dann durch die ODER-Schaltung 13 synthetisiert. Demzufolge kann ähnlich der neunten Ausführungsform das Ansteuern der IGBT-Elemente 21a derart gesteuert werden, dass eine Hysterese vorliegt.
Nebenbei gesagt sind die IGBT-Rückführungsschaltung 43, die UND-Schaltung 11 und die ODER-Schaltung 13 äquivalent zu der IGBT-Rückführungseinrichtung oder der IGBT-Rückführungseinheit, und die Dioden-Schmitt-Schaltung 44, die UND-Schaltung 12 und die ODER-Schaltung 13 sind äquivalent zu der Dioden-Schmitt-Einrichtung oder der Dioden-Schmitt-Einheit.
(Elfte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform sind ein Erfassungswiderstand, der für die IGBT-Erfassungselemente 21b vorgesehen ist, und ein Erfassungswiderstand, der für die Diodenerfassungselemente 22b vorgesehen ist, enthalten.
19 ist ein Schaltungsdiagramm einer Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in der Zeichnung gezeigt ist, ist ein erster Erfassungswiderstand 31 mit den IGBT-Erfassungselementen 21b verbunden, und es wird die erste Potenzialdifferenz Vs1 zwischen den Anschlüssen des ersten Erfassungswiderstands 31 in die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45 eingegeben. Außerdem ist ein zweiter Erfassungswiderstand 32 mit den Diodenerfassungselementen 22b verbunden, und es wird die zweite Potenzialdifferenz Vs2 zwischen den Anschlüssen des zweiten Erfassungswiderstands 32 in die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46 eingegeben.
Die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45 erfasst einen Überstrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt, und weist einen ersten Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und einen zweiten Überstromerfassungsschwellenwert Vth2' für die erste Potenzialdifferenz Vs1 auf, der kleiner als der erste Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist. Die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45 empfängt die erste Potenzialdifferenz Vs1 zwischen den Anschlüssen des ersten Erfassungswiderstands 31 und vergleicht die erste Potenzialdifferenz Vs1 mit dem Schwellenwert Vth2 oder Vth2'. Wie es in 20A angegeben ist, gibt die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45, wenn sich die erste Potenzialdifferenz Vs1 von einer negativen Seite zu einer positiven Seite hin erhöht, ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet werden, wenn die erste Potenzialdifferenz Vs1 den ersten Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 überschreitet. Wenn sich die erste Potenzialdifferenz Vs1 von der positiven Seite zu der negativen Seite hin verringert, gibt die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, wenn die erste Potenzialdifferenz Vs1 auf unterhalb des zweiten Überstromerfassungsschwellenwerts Vth2' abfällt.
Die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46 ist identisch zu der Dioden-Schmitt-Schaltung 44, die in der zehnten Ausführungsform verwendet wird. Demzufolge gibt die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46, wie es in 20B angegeben ist, wenn sich die zweite Potenzialdifferenz Vs2 von der negativen Seite zu der positiven Seite hin erhöht, ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a eingeschaltet werden, wenn die zweite Potenzialdifferenz Vs2 den zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert H2 überschreitet. Wenn sich die zweite Potenzialdifferenz Vs2 von der positiven Seite zu der negativen Seite hin verringert, gibt die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46 ein Signal aus, mit dem die IGBT-Elemente 21a ausgeschaltet werden, wenn die zweite Potenzialdifferenz Vs2 auf unterhalb des ersten Diodenstromerfassungsschwellenwerts H1 abfällt.
Ähnlich der zehnten Ausführungsform werden die IGBT-Elemente 21a angesteuert, wenn die UND-Schaltungen 11 und 12 und die ODER-Schaltung 13 in Tätigkeit versetzt werden.
Wie es oben erwähnt ist, können, da die Erfassungswiderstände 31 und 32 in Zuordnung zu den IGBT-Erfassungselementen 21b und Diodenerfassungselementen 22b enthalten sind, die Schwellenwerte H1, H2, Vth2 und Vth2' auf optimale Werte entsprechend den Ausgangscharakteristika der IGBT-Erfassungselemente 21b und Diodenerfassungselemente 22b eingestellt werden. Die Freiheit beim Entwurf kann erhöht werden.
Nebenbei gesagt sind die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45, die UND-Schaltung 11 und die ODER-Schaltung 13 äquivalent zu der IGBT-Erfassungs-Schmitt-Einrichtung oder der IGBT-Erfassungs-Schmitt-Einheit, und die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46, die UND-Schaltung 12 und die ODER-Schaltung 13 sind äquivalent zu der Diodenerfassungs-Schmitt-Einrichtung oder der Diodenerfassungs-Schmitt-Einheit.
(Zwölfte Ausführungsform)
In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Halbleitervorrichtung, die in 19 gezeigt ist und mit den temperaturempfindlichen Diodenelementen 50, die in 3 gezeigt sind, versehen ist, in einem Halbleiterchip 60 integriert.
21 ist eine Draufsicht auf den Halbleiterchip 60 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Wie es in 21 gezeigt ist, enthält der Halbleiterchip 60 einen IGBT 21a mit einer Body-Diode, temperaturempfindliche Diodenelemente 50, eine Verarbeitungsschaltungseinheit 71, Stromerfassungselemente 61, eine Gateanschlussfläche 62, einen Schutzring 63, eine Emitteranschlussfläche 64 und eine Energieversorgungsanschlussfläche 65.
Die Verarbeitungsschaltungseinheit 71 ist eine Schaltungseinheit, in die die IGBT-Rückführungsschaltung 43, die Dioden-Schmitt-Schaltung 44, der Erfassungswiderstand 30, die UND-Schaltungen 11 und 12 und die ODER-Schaltung 13, die in 17 gezeigt sind, integriert sind.
Die Emitteranschlussfläche 64 ist eine Elektrode, die mit einer Last verbunden ist. Die Energieversorgungsanschlussfläche 65 ist eine Elektrode, durch die eine Spannung von einer Energieversorgung an die IGBT-Rückführungsschaltung 43 und die Dioden-Schmitt-Schaltung 44 angelegt wird. Unter der Annahme, dass die Oberfläche des Halbleiterchips 60, der in 21 gezeigt ist, dessen Vorderseite ist, ist eine Kollektoranschlussfläche auf der Rückseite des Halbleiterchips 60 angeordnet.
Wie es oben erwähnt ist, kann die Halbleitervorrichtung als ein Chip, d. h. der Halbleiterchip 60 hergestellt werden. Demzufolge kann die Verwendbarkeit für allgemeine Zwecke verbessert werden.
(Weitere Ausführungsformen)
In den oben genannten Ausführungsformen wird der IGBT-Teil 21 entsprechend einem Pulsbreitenmodulationssteuerungsverfahren gesteuert. Die PWM-Steuerung ist jedoch nur eine Form von Steuerung. Die IGBT-Elemente 21a können beispielsweise in einem Voll-Durchlassmodus angesteuert werden.
In den vorherigen Ausführungsformen bestimmt die Rückführungsschaltung 40 sowohl einen Strom, der in die Diodenelemente 21a fließt, als auch einen Überstrom, der in die IGBT-Elemente 21a fließt. Eine Halbleitervorrichtung kann derart ausgelegt sein, dass die Rückführungsschaltung 40 nur den Strom, der in den Diodenteil 22 fließt, bestimmt. In diesem Fall muss der IGBT-Teil 21 die IGBT-Erfassungselemente 21b nicht enthalten. Die Halbleitervorrichtung kann die IGBT-Elemente 21a und den Diodenteil 22 als den IGBT 20 mit einer Body-Diode enthalten. Außerdem können Hall-Elemente als Elemente verwendet werden, die Stromkomponenten, die in die jeweiligen Diodenelemente 21a fließen, erfassen. Dasselbe gilt für die erste Rückführungsschaltung 41, die zweite Rückführungsschaltung 42, die IGBT-Rückführungsschaltung 43, die Dioden-Schmitt-Schaltung 44, die IGBT-Erfassungs-Schmitt-Schaltung 45 und die Diodenerfassungs-Schmitt-Schaltung 46.
In den obigen Ausführungsformen werden die Diodenstromerfassungsschwellenwerte Vth1 und Vth1' und die Schwellenwerte H1 und H2 auf negative Werte eingestellt, und die Überstromerfassungsschwellenwerte Vth2 und Vth2' werden auf positive Werte eingestellt. Dieses ist nur ein Beispiel für Schwellenwerte. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Schwellenwerte begrenzt. Weiterhin werden die Diodenstromerfassungsschwellenwerte Vth1 und Vth1', die Schwellenwerte H1 und H2 und die Überstromerfassungsschwellenwerte Vth2 und Vth2' auf Spannungswerte eingestellt. Wenn jedoch die Rückführungseinrichtung oder Rückführungseinheit, die die UND-Schaltung 10, den Erfassungswiderstand 30 und die Rückführungsschaltung 40 enthält, einen Strom, der in die Diodenelemente 22a fließt, erfasst, werden die Schwellenwerte auf Stromwerte eingestellt.
Die temperaturempfindlichen Diodenelemente 50, die in der zweiten Ausführungsform verwendet werden, können in den Halbleitervorrichtungen der neunten bis elften Ausführungsform enthalten sein. In diesem Fall werden, wie es in 4 gezeigt ist, die Schwellenwerte H1 und H2 auf Schwellenwerte H1' und H2' geändert, die größer als die Schwellenwerte H1 und H2 sind. Die Potenzialdifferenz Vs oder Vs2 wird mit dem Schwellenwert H1' oder H2' verglichen.
(Dreizehnte Ausführungsform)
22 ist eine Draufsicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform zeigt. 23 ist eine Schnittansicht entlang einer Schnittebenenlinie XXIII-XXIII, die in 22 gezeigt ist. Die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform wird als eine Leistungsschaltvorrichtung in beispielsweise einem Inverter-Modul für Elektro- und Hybridfahrzeuge (EHVs) verwendet.
Wie es in 22 und 23 gezeigt ist, enthält die Halbleitervorrichtung 701 ein Halbleitersubstrat 710 eines ersten Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyps. Das Halbleitersubstrat 710 weist einen Hauptbereich 730 und einen Erfassungsbereich 750 auf, dessen Hauptflächen kleiner als diejenigen des Hauptbereiches 730 sind. In dem Hauptbereich 730 sind Bipolartransistorelemente mit isoliertem Gate (IGBT) 731, die jeweils ein Gleichrichtungsdiodenelement 732 (d. h. ein Freilaufdiodenelement (FWD-Element) 732) aufweisen, die darin integriert sind, ausgebildet (so genannte umgekehrt leitende (RC) IGBT-Elemente). Außerdem sind in dem Erfassungsbereich 750 IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und FWD-Element-nur-Erfassungselemente 752 ausgebildet. Die Halbleitervorrichtung 701 der vorliegenden Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die FWD-Element-nur-Erfassungselemente 752 in dem Halbleitersubstrat 710 angeordnet sind, in dem die RC-IGBT-Elemente ausgebildet sind. Für die anderen Komponenten können bekannte Strukturen verwendet werden. Zunächst wird im Folgenden der Hauptbereich 730 beschrieben.
In der vorliegenden Ausführungsform wird als das Halbleitersubstrat 710 ein monokristallines Massensiliziumsubstrat einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n^–) (FZ-Wafer), dessen Verunreinigungsdichte beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 10¹⁴ cm^–3 liegt, verwendet. Der Teil des Hauptbereiches 730 des Halbleitersubstrats 710 dient als die Driftschichten der IGBT-Elemente 731 und die Kathoden der FWD-Elemente 732 (pn-Übergang-Dioden). Basisbereiche 711 der Leitfähigkeit vom p-Typ (p) sind selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 innerhalb des Hauptbereiches 730 ausgebildet.
Die Basisbereiche 711 werden als Bereiche verwendet, die als Kanäle der IGBT-Elemente 731 und die Anodenbereiche der FWD-Elemente 732 auszubilden sind. In den Basisbereichen 711 sind Gräben, die die Basisbereiche 711 von der ersten Haupt fläche des Halbleitersubstrats 710 aus durchdringen und deren Böden das Halbleitersubstrat 710 erreichen, selektiv ausgebildet. Polysilizium, dessen Verunreinigungsdichte in der Größenordnung von 1 × 10²⁰ cm^–3 liegt, ist in die Gräben auf Gateisolierfilme (nicht gezeigt), die auf den Böden und Seiten der Gräben ausgebildet sind, gegossen, wodurch Gateelektroden 712 ausgebildet sind.
Außerdem sind in den Basisbereichen 711 Emitterbereiche 713 einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n⁺) selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche benachbart zu den Seiten der Gateelektroden 712 (Gräben) ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Emitterbereiche 713 eine Dicke von etwa 0,5 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁹ cm^–3 auf. Die Emitterbereiche 713 sind elektrisch mit den Emitterelektroden (nicht gezeigt), die beispielsweise aus einem Aluminiummaterial bestehen, verbunden.
Weiterhin ist jeder der Emitterbereiche 713 in nur einem von benachbarten Basisbereichen 711 aus mehreren Basisbereichen, die durch die Gateelektroden 712 (Gräben) unterteilt sind, ausgebildet. Demzufolge sind die Basisbereiche 711 in mehrere erste Bereiche 711a, die jeweils den Emitterbereich 713 enthalten und mit der Emitterelektrode elektrisch verbunden sind, und mehrere zweite Bereiche 711b klassifiziert, die jeweils den Emitterbereich 713 nicht enthalten. Mit anderen Worten sind die ersten Bereiche 711a und zweiten Bereiche 711b abwechselnd angeordnet. Unter der Vielzahl der zweiten Bereiche 711b ist zumindest ein Teil der zweiten Bereiche 711b elektrisch mit den Emitterelektroden verbunden. Unter den Basisbereichen 711 sind in den Bereichen, die elektrisch mit den Emitterelektroden verbunden sind (sämtliche ersten Bereiche 711a und zumindest ein Teil der zweiten Bereiche 711b), Kontaktbereiche (nicht gezeigt) einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p⁺), die eine Dicke von etwa 0,8 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁹ cm^–3 aufweisen, selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche ausgebildet.
In der Oberflächenschicht der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 innerhalb des Hauptbereiches 730 sind Kollektorschichten 714 einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p⁺) selektiv ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Kollektorschichten 714 eine Dicke von etwa 0,5 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁸ cm^–3 auf. Die Kollektorschichten 714 und die Kathodenschichten 715 sind elektrisch mit Kollektorelektroden (nicht gezeigt), die beispielsweise aus einem Aluminiummaterial bestehen, verbunden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist, wie es in 23 gezeigt ist, eine Feld-Stopp-Schicht 716 einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n) zwischen dem Halbleitersubstrat 710 und den Kollektorschichten 714 und Kathodenschichten 715 ausgebildet. Wenn IGBT-Elemente, die die Feld-Stopp-Schicht 716, die die Verarmungsschichten abschließt, teilen, als IGBT-Elemente verwendet werden, die jeweils die Gategrabenstruktur aufweisen, kann im Vergleich dazu, wenn IGBT-Elemente, die eine andere Grabenstruktur aufweisen (vom Durchgriff-Typ oder vom Nicht-Durchgriff-Typ), verwendet werden, die Dicke des Halbleitersubstrats 710 (Halbleitervorrichtung 701) verringert werden. Demzufolge kann ein Schaltverlust minimiert werden, da die Anzahl der übermäßigen Träger gering ist, und die verbleibende Breite eines neutralen Bereiches, bei dem jede der Verarmungsschichten voll gestreckt ist, begrenzt ist. Nebenbei gesagt beträgt die Dicke von den Oberflächen der Basisbereiche 711, die in 23 gezeigt sind (die erste Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710), zu den Oberflächen der Kollektorschichten 714 (die zweite Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710) etwa 130 μm.
Wie es oben erwähnt ist, sind in dem Hauptbereich 730 des Halbleitersubstrats 710 die IGBT-Elemente 731 und FWD-Elemente 732 miteinander integriert. Insbesondere sind die Anodenelektroden der FWD-Elemente 732 und die Emitterelektroden der IGBT-Elemente 731 gemeinsam ausgebildet, und die Kathodenelektroden der FWD-Elemente 732 und die Kollektorelektroden der IGBT-Elemente 731 sind gemeinsam ausgebildet. Im Folgenden wird der Erfassungsbereich 750 beschrieben.
Als ein anderer Bereich des Halbleitersubstrats 710 als der Bereich, der als der Hauptbereich 730 ausgebildet ist, ist der Erfassungsbereich 750 über einem Bereich ausgebildet, dessen Hauptflächen kleiner als diejenigen des Hauptbereiches 730 sind. In dem Erfassungsbereich 750 sind die IGBT-nur-Erfassungselemente 751, die dieselbe Struktur wie die IGBT-Elemente 731 aufweisen und in die ein Strom proportional zu einem Strom, der in die IGBT-Elemente 731 fließt, fließt, ausgebildet. Weiterhin sind die FWD-nur-Erfassungselemente 752, die dieselbe Struktur wie die FWD-Elemente 732 aufweisen und in die ein Strom proportional zu einem Strom, der in die FWD-Elemente 732 fließt, fließt, in dem Erfassungsbereich ausgebildet. Insbesondere beträgt der Bereich der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 etwa ein Tausendstel des Bereiches der IGBT-Elemente 731, und der Bereich der FWD-nur-Erfassungselemente 752 beträgt etwa ein Tausendstel des Bereiches der FWD-Elemente 732.
Genauer gesagt sind die Basisbereiche 717 einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p) selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 innerhalb des Erfassungsbereiches 750 ausgebildet. Die Basisbereiche 717 werden als Bereiche verwendet, die als die Kanäle der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 ausgebildet sind. Gräben, die die Basisbereiche 717 von der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 aus durchdringen und deren Böden das Halbleitersubstrat 710 erreichen, sind selektiv in den Basisbereichen 717 ausgebildet. Polysilizium, dessen Verunreinigungsdichte beispielsweise in der Größenordnung von 1 × 10²⁰ cm^–3 liegt, ist in die Gräben auf Gateisolierfilme (nicht gezeigt), die an den Böden und Seiten der Gräben ausgebildet sind, gegossen, wodurch Gateelektroden 718 ausgebildet sind.
Weiterhin sind in den Basisbereichen 717 Emitterbereiche 719 einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n⁺) selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche benachbart zu den Seiten der Gateelektroden 718 (Gräben) ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Emitterbereiche 719 eine Dicke von etwa 0,5 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁹ cm^–3 auf. Die Emitterbereiche 719 sind elektrisch mit Emitterelektroden (nicht gezeigt), die beispielsweise aus einem Aluminiummaterial bestehen, verbunden.
Weiterhin sind Anodenbereiche 720 einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p) selektiv und getrennt von den Basisbereichen 717 in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 innerhalb des Erfassungsbereiches 750 ausgebildet. Die Anodenbereiche 720 dienen als die Anoden der FWD-nur-Erfassungselemente 752. In den Anodenbereichen 720 sind Kontaktbereiche (nicht gezeigt) einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p⁺) selektiv derart ausgebildet, dass sie eine Dicke von etwa 0,8 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁹ cm^–3 aufweisen.
Kollektorschichten 721 einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p⁺) sind selektiv in der Oberflächenschicht der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 innerhalb des Erfassungsbereiches 750 ausgebildet, so dass die Kollektorschichten die Bereiche unmittelbar unterhalb der Basisbereiche 717 enthalten. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Kollektorschichten 721 eine Dicke von etwa 0,5 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁸ cm^–3 auf. Weiterhin sind Kathodenschichten 722 einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n⁺) selektiv über einem anderen Bereich in der Oberflächenschicht der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 als dem Bereich ausgebildet, über dem die Kollektorschichten 721 ausgebildet sind, und zwar unmittelbar unterhalb den Anodenbereichen 720. In der vorliegenden Ausführungsform weisen die Kathodenschichten 722 eine Dicke von etwa 0,5 μm und eine Verunreinigungsdichte von etwa 1 × 10¹⁸ cm^–3 auf. Die Kollektorschichten 721 und die Kathodenschichten 722 sind gemeinsam mit den Kollektorschichten 714 und Kathodenschichten 715 elektrisch mit den Kollektorelektroden (nicht gezeigt) innerhalb des Hauptbereiches 730 verbunden.
Wie es oben erwähnt ist, sind in der vorliegenden Ausführungsform die IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und FWD-nur-Erfassungselemente 752 unabhängig voneinander innerhalb des Erfassungsbereiches 750 des Halbleitersubstrats 710 ausgebildet.
Vorzugsweise sind die Kathodenschichten 722 getrennt von den Basisbereichen 711 der IGBT-Elemente 731 und den Basisbereichen der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 in einer Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform sind die FWD-nur-Erfassungselemente 752 derart ausgebildet, dass die Längen von den Basisbereichen 711 der IGBT-Elemente 731 innerhalb des Hauptbereiches 730 zu den Kathodenschichten 722 gleich oder größer als die Dicke des Halbleitersubstrats 710 sind. Weiterhin sind die FWD-nur-Erfassungselemente 752 derart ausgebildet, dass die Länge D1 von den Basisbereichen 717 zu den Kathodenschichten 722 in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 gleich oder größer als die Dicke des Halbleitersubstrats 710 ist. Wannenbereiche 723 einer Leitfähigkeit vom p-Typ (p) sind zwischen den Basisbereichen 717 und Anodenbereichen 720 in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 ausgebildet, um die dielektrische Festigkeit zu verbessern. Außerdem erstrecken sich die Kollektorschichten 721 unmittelbar unterhalb der Wannenbereiche 723 und bis zu den Grenzen der Kathodenschichten 722 (den Grenzen der Anodenbereiche 720 in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710).
Wie es in 23 gezeigt ist, ist ein Schutzring 724 einer Leitfähigkeit vom p-Typ zum Verhindern der Konzentration eines elektrischen Feldes in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche in dem Randbereich des Halbleitersubstrats 710 (in der Nähe von dessen Rand) ausgebildet, so dass der Schutzring den Hauptbereich 730 und den Erfassungsbereich 750 umgibt. Außerdem bezeichnet das Bezugszeichen 790 in 22 eine Gateanschlussfläche, durch die ein Ansteuersignal an die Gateelektroden 712 angelegt wird, und das Bezugszeichen 791 bezeichnet eine Emittererfassungsanschlussfläche. Das Bezugszeichen 792 bezeichnet eine IGBT-Erfassungsanschlussfläche, die mit den Emitterbereichen 719 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 verbunden ist, und das Bezugszeichen 793 bezeichnet eine FWD-Erfassungsanschlussfläche, die mit den Anodenbereichen 720 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbunden ist.
Im Folgenden wird eine Rückführungsschaltung für ein Gateansteuersignal, für die die Halbleitervorrichtung 701, die den obigen Aufbau aufweist, ausgelegt ist, beschrieben. 24 zeigt ein Beispiel der Rückführungsschaltung, für die die Halbleitervorrichtung der vorliegenden Ausführungsform ausgelegt ist. 25 zeigt die Beziehung zwischen der Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen eines Erfassungswiderstands, einem Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, einem Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 und einem Ausgang einer Rückführungseinheit. Die Rückführungsschaltung ist als Teil einer Inverterschaltung (ein unterer oder oberer Arm) ausgebildet und identisch zu derjenigen (Halbleitervorrichtung), die in der JP-A-2007-229959 , die von demselben Erfinder eingereicht wurde, beschrieben ist. In Bezug auf die vorliegende Ausführungsform wird die Beschreibung der Rückführungsschaltung weggelassen. 24 zeigt ein Beispiel, in dem der Erfassungswiderstand von den IGBT-nur-Erfassungselementen 751 und FWD-nur-Erfassungselementen 752 geteilt wird.
Wie es in 24 gezeigt ist, enthält die Rückführungsschaltung die zuvor genannte Halbleitervorrichtung 701, eine UND-Schaltung 810, einen Erfassungswiderstand 811 und eine Rückführungseinheit 812.
Die UND-Schaltung 810 ist eine logische Schaltung, die, wenn sämtliche eingegebenen Signale einen hohen Pegel aufweisen, ein Signal eines hohen Pegels ausgibt. Ein externes pulsbreitenmoduliertes Gatesignal (äquivalent zu einem Ansteuersignal), mit dem die Halbleitervorrichtung 701 (IGBT-Elemente 731 und IGBT-nur-Erfassungselemente 751) angesteuert wird, und ein Ausgang der Rückführungseinheit 812 werden in die UND-Schaltung 810 eingegeben. Das PWM-Gatesignal wird durch eine externe PWM-Signalerzeugungsschaltung oder Ähnlichem erzeugt und an den Eingangsanschluss der UND-Schaltung 810 angelegt.
Die UND-Schaltung 810 ist elektrisch mit der Gateanschlussfläche 790 der Halbleitervorrichtung 701 über einen Gatewiderstand 813 verbunden. Die Gatespannungen der IGBT-Elemente 731 und der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 werden mit dem PWM-Gatesignal, das von der UND-Schaltung 810 über den Gatewiderstand 813 zugeführt wird, gesteuert. Wenn beispielsweise das PWM-Gatesignal, dessen Durchlaufen durch die UND-Schaltung 810 erlaubt wird, einen hohen Pegel aufweist, werden die IGBT-Elemente 731 eingeschaltet, um die IGBT-Elemente anzusteuern. Wenn das PWM-Gatesignal einen niedrigen Pegel aufweist, werden die IGBT-Elemente 731 ausgeschaltet, um das Ansteuern der IGBT-Elemente zu beenden. Außerdem werden, wenn das Durchlaufen des PWM-Gatesignals durch die UND-Schaltung 810 beendet ist, die IGBT-Elemente 731 und IGBT-nur-Erfassungselemente 751 nicht angesteuert.
Außerdem ist eine Last, eine Energieversorgung oder Ähnliches, die nicht gezeigt ist, mit den Kollektoren der IGBT-Elemente 731 verbunden, so dass ein Hauptstrom zwischen den Kollektoren der IGBT-Elemente 731 und deren Emittern fließen wird. Weiterhin sind Kollektoren der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 gemeinsam mit den Kollektoren der IGBT-Elemente 731 ausgebildet. Die Emitterbereiche 719 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 sind mit einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 811 über die Anschlussfläche 792 für die IGBT-nur-Erfassungselemente 751 verbunden. Der andere Anschluss des Erfassungswiderstands 811 ist mit den Emitterberei chen 713 der IGBT-Elemente 731 über die Emittererfassungsanschlussfläche 791 verbunden. Demzufolge fließt ein Erfassungsstrom zur Erfassung eines Stroms, der von den Emitterbereichen 719 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 fließt, d. h. eines Stroms, der proportional zu einem Hauptstrom, der in die IGBT-Elemente 731 fließt, ist, in den Erfassungswiderstand 811. Die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 wird in die Rückführungseinheit 812 zurückgeführt.
Die Rückführungseinheit 812 ist mit einer Kombination aus beispielsweise Operationsverstärkern oder Ähnlichem ausgebildet, bestimmt, ob ein Strom in die FWD-Elemente 732 geflossen ist oder ob ein Überstrom in die IGBT-Elemente 731 geflossen ist, und erlaubt oder beendet das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 810 eingegeben wird, auf der Grundlage des Ergebnisses der Bestimmung. Daher weist die Rückführungseinheit 812 einen Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, der zu verwenden ist, um zu bestimmen, ob ein Strom in die FWD-Elemente 732 geflossen ist, und einen Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf, der zu verwenden ist, um zu bestimmen, ob ein Überstrom in die IGBT-Elemente 731 geflossen ist. In der vorliegenden Ausführungsform werden die Schwellenwerte Vth1 und Vth2 auf Spannungswerte eingestellt.
Wenn die IGBT-Elemente 731 normal angesteuert werden (wenn kein Strom in die FWD-Elemente 732 fließt), fließt ein Strom von den IGBT-nur-Erfassungselementen 751 in den Erfassungswiderstand 811. Demzufolge weist unter der Annahme, dass das Potenzial an den Emitterbereichen 713 der IGBT-Elemente 731 als Bezug genommen wird, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 einen positiven Wert auf. Im Gegensatz dazu fließt, wenn ein Strom in die FWD-Elemente 732 fließt, ein Strom von dem Erfassungswiderstand 811 in die FWD-nur-Erfassungselemente 752. Demzufolge weist unter der Annahme, dass das Potenzial an den Emitterbereichen 713 der IGBT-Elemente 731 als Bezug genommen wird, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 einen negativen Wert auf. Daher wird der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 zur Erfassung, ob ein Strom in die FWD-Elemente 732 geflossen ist, auf einen negativen Wert eingestellt. Außerdem wird, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente 731 fließt, der Wert eines Erfassungsstroms, der von den IGBT-nur-Erfassungselementen 751 zu dem Erfassungswiderstand 811 fließt, größer, das heißt, die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 weist einen größeren positiven Wert auf. Daher wird der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 auf einen positiven Wert eingestellt.
Zum Ansteuern der IGBT-Elemente 731 gibt die Rückführungseinheit 812 ein Signal aus, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung einzugeben ist, erlaubt wird, und empfängt die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811. Wie es in 25 gezeigt ist, gibt, wenn die Potenzialdifferenz Vs kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 ist oder wenn die Potenzialdifferenz Vs größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 ist, die Rückführungseinheit 812 ein Signal aus, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 810 einzugeben ist, beendet wird.
Beispielsweise wird normalerweise das PWM-Gatesignal als ein Ansteuersignal durch eine externe Schaltung wie z. B. eine PWM-Signalerzeugungsschaltung erzeugt, mit dem die IGBT-Elemente 731 (und die IGBT-nur-Erfassungselemente 751) angesteuert werden, und in die UND-Schaltung 810 eingegeben. Andererseits werden die FWD-Elemente 732 ausgeschaltet, und es fließt kein Strom in die FWD-nur-Erfassungselemente 752. Demzufolge wird das Potenzial an einem der Anschlüsse des Erfassungswiderstands 810, der mit den Emitterbereichen 719 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 (IGBT-Erfassungsanschlussfläche 792) verbunden ist, größer als das Potenzial an dessen anderem Anschluss. Schließlich weist die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 einen positiven Wert auf.
Demzufolge ist, wie es in 25 gezeigt ist, die Potenzialdifferenz Vs größer als der negative Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1, und die Rückführungseinheit 812 bestimmt, dass kein Strom in die FWD-Elemente 732 geflossen ist. Daher wird der Ausgang der Rückführungseinheit 812, wie es in 25 gezeigt ist, auf einen hohen Pegel gebracht und in die UND-Schaltung 810 eingegeben. Wenn das hochpegelige PWM-Gatesignal und der hochpegelige Ausgang der Rückführungseinheit 812 in die UND-Schaltung 810 eingegeben werden, wird dem PWM-Gatesignal das Durchlaufen durch die UND-Schaltung 810 ermöglicht und in die Gateelektroden 712 und 718 der IGBT-Elemente 731 und IGBT-nur-Erfassungselemente 751 über den Gatewiderstand 813 eingegeben. Die IGBT-Elemente 731 und IGBT-nur-Erfassungselemente 751 werden eingeschaltet. Demzufolge werden die IGBT-Elemente 731 und IGBT-nur-Erfassungselemente 751 angesteuert, und es fließt ein Strom in die nicht gezeigte Last, die mit den Kollektorelektroden oder Emitterelektroden der IGBT-Elemente 731 verbunden ist.
Wenn ein Strom in die FWD-Elemente 732 fließt, wird das Potenzial an einem der Anschlüsse, der mit den Anoden 711 (Emittererfassungsanschlussfläche 791) der FWD-Elemente 732 verbunden ist, größer als das Potenzial an dessen anderem Anschluss, der mit den Anodenbereichen 720 (FWD-Erfassungsanschlussfläche 793) der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbunden ist. Demzufolge wird die Potenzialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 negativ.
Demzufolge bestimmt die Rückführungseinheit 812, wie es in 25 gezeigt ist, wenn die Potenzialdifferenz Vs kleiner als der Diodenstromerfassungsschwellenwert Vth1 wird, dass ein Strom in die FWD-Elemente 732 geflossen ist. Daher ist der Ausgang der Rückführungseinheit 812 ein Ausgang, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 810 eingegeben wird, beendet wird, und das dann in die UND-Schaltung 810 eingegeben wird.
Demzufolge wird, da ein Signal, mit dem die IGBT-Elemente 731 angesteuert werden, von der UND-Schaltung 810 nicht eingegeben wird, das Ansteuern der IGBT-Elemente 731 beendet (das Gatesignal wird auf einen Null-Pegel eingestellt). Das heißt, wenn die FWD-Elemente 732 in der Durchlassrichtung wirken, werden die IGBT-Elemente 731 nicht in Tätigkeit versetzt.
Weiterhin wird, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente 731 fließt, ein Erfassungsstrom, der von den IGBT-nur-Erfassungselementen 751 zu dem Erfassungswiderstand 811 fließt, proportional zum Überstrom größer. Demzufolge wird die Potenzialdifferenz Vs zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands 811 größer als die Potenzialdifferenz Vs, die erzielt wird, wenn die IGBT-Elemente 731 normal arbeiten.
Demzufolge bestimmt die Rückführungseinheit 812, wie es in 25 gezeigt ist, wenn die Potenzialdifferenz Vs größer als der Überstromerfassungsschwellenwert Vth2 wird, dass ein Überstrom in die IGBT-Elemente 731 geflossen ist. Daher ist der Ausgang der Rückführungseinheit 812 ein Ausgang, mit dem das Durchlaufen des PWM-Gatesignals, das in die UND-Schaltung 810 einzugeben ist, beendet wird, und das dann in die UND-Schaltung 810 eingegeben wird.
Demzufolge wird das Ansteuern der IGBT-Elemente 731 beendet, da ein Signal, mit dem die IGBT-Elemente 731 angesteuert werden, von der UND-Schaltung 810 nicht eingegeben wird. Mit anderen Worten werden die IGBT-Elemente 731 vor einem Durchbruch durch einen Überstrom, der in die IGBT-Elemente 731 fließt, geschützt.
Wie es insoweit beschrieben wurde, sind in der Halbleitervorrichtung 701 der vorliegenden Ausführungsform die FWD-nur-Erfassungselemente 752 innerhalb des Erfassungsbereiches 750 des Halbleitersubstrats 710 derart angeordnet, dass sie keine Gateelektrode aufweisen, der ein PWM-Gatesignal zugeführt wird. Wenn die FWD-nur-Erfassungselemente 752 in der Durchlassrichtung wirken, werden die Anodenbereiche 720 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 und deren Kathodenbereiche (Halbleitersubstrat 710) nicht auf dasselbe Potenzial gebracht. Daher werden die FWD-nur-Erfassungselemente 752 aufgrund ihres Gatepotenzials (PWM-Gatesignal) nicht in der Lage sein, schnell in der Durchlassrichtung tätig zu werden. Mit anderen Worten fließt ein Strom, der proportional zu einem Strom ist, der in die FWD-Elemente 732 fließt, schnell in die FWD-nur-Erfassungselemente 752 (es wird schnell eine Erfassungsspannung entwickelt). Demzufolge kann, wenn die Halbleitervorrichtung 701, die die FWD-nur-Erfassungselemente 752 aufweist, angepasst ist, sehr genau auf der Grundlage der Tätigkeit der FWD-Elemente 732 gesteuert werden, ob das PWM-Gatesignal an die Gateelektroden 712 der IGBT-Elemente 731 angelegt wurde. Mit anderen Worten kann, obwohl die FWD-Elemente 732 in den IGBT-Elementen 731 integriert sind, eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch die FWD-Elemente 732 verursacht wird, wirksam unterdrückt werden.
Weiterhin sind in der vorliegenden Ausführungsform die Kathodenschichten 722, die in den FWD-nur-Erfassungselementen 752 enthalten sind, innerhalb des Erfassungsbereiches 750 des Halbleitersubstrats 710 angeordnet, und sie sind getrennt von den Basisbereichen 711 der IGBT-Elemente 731, die in dem Hauptbereich 730 in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 angeordnet sind, ausgebildet. Außerdem sind die Kathodenschichten 722 getrennt von den Basisbereichen 717 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 ausgebildet. Demzufolge wird verhindert, dass die FWD-nur-Erfassungselemente 752 nicht richtig betrieben werden, da mindestens ein Teil der Träger, die sich in dem Halbleitersubstrat 710 einhergehend mit der Tätigkeit der IGBT-Elemente 731 (der Tätigkeit der IGBT-nur-Erfassungselemente 751) (Löcher, die von den Kollektorschichten 714 und 721, die in den IGBT-Elementen 731 und IGBT-nur-Erfassungselementen 751 enthalten sind, injiziert werden) ansammeln, in die Kathodenschichten 722 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 fließt. Mit anderen Worten kann eine Stromerfassung, die unter Verwendung der FWD-nur-Erfassungselemente 752 durchzuführen ist, noch genauer entsprechend der Tätigkeit der FWD-Elemente 732 (eines Stromflusses in die FWD-Elemente 732) erzielt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Abstand zwischen den Basisbereichen 711 und 717 und den Kathodenschichten 722 in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 gleich oder größer als die Dicke des Halbleitersubstrats 710. Demzufolge fließen Löcher, die von den Kollektorschichten 714 und 721, die in den IGBT-Elementen 731 und IGBT-nur-Erfassungselementen 751 enthalten sind, injiziert werden, schnell in die Kanäle und die Emitterbereiche 713 und 719, aber fließen kaum in die Kathodenschichten 722. Daher kann die Genauigkeit der Stromerfassung durch die FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die Kathodenschichten 722 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 unmittelbar unterhalb der Anodenbereiche 720 ausgebildet. Das heißt, der Abstand zwischen den Anodenbereichen 720 und den Kathodenschichten 722 ist der kürzeste. Demzufolge kann der Betriebswiderstand, der durch die FWD-nur-Erfassungselemente 752 geboten wird, verringert werden, es kann ein Strom schnell fließen (eine Erfassungsspannung kann schnell entwickelt werden), und die Genauigkeit der Stromerfassung durch die FWD-nur-Erfassungselemente 752 kann verbessert werden.
(Vierzehnte Ausführungsform)
Im Folgenden wird die vierzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 26 erläutert. 26 ist eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform zeigt und vergleichbar mit der 23 ist, die die dreizehnte Ausführungsform zeigt.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform weist viel Gemeinsames mit der dreizehnten Ausführungsform auf. Die Beschreibung der gemeinsamen Teile wird weggelassen, und es wird der sich unterscheidende Teil intensiv beschrieben. Es werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Komponenten wie diejenigen der dreizehnten Ausführungsform verwendet.
Wie es in 26 gezeigt ist, enthalten in der vorliegenden Ausführungsform die FWD-nur-Erfassungselemente 752 Dummy-Gateelektroden 725, die durch Aufbringen eines leitenden Materials auf Gräben, die die Anodenbereiche 720 von der ersten Hauptfläche aus durchdringen und deren Böden das Halbleitersubstrat 710 erreichen, über Isolierfilme ausgebildet sind. Die Dummy-Gateelektroden 725 weisen dieselbe Struktur wie die Gateelektroden 712 der IGBT-Elemente 731, die in dem Hauptbereich 730 ausgebildet sind, auf und sind geerdet. Die Dummy-Gateelektroden 725 sind daher von den Gateelektroden 712 elektrisch unabhängig. Außerdem sind Dummy-Emitterbereiche 726 einer Leitfähigkeit vom n-Typ (n⁺) selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche benachbart zu den Seiten der Dummy-Gateelektroden 725 (Gräben) ausgebildet. Obwohl die Dummy-Emitterbereiche 726 dieselbe Struktur wie die Emitterbereiche 713 der IGBT-Elemente 731, die in dem Hauptbereich 730 ausgebildet sind, aufweisen, sind die Dummy-Emitterbereiche 726 von den Emitterbereichen 713 elektrisch unabhängig.
Wie es oben erwähnt ist, sind in der Halbleitervorrichtung 701 der vorliegenden Ausführungsform die Dummy-Gateelektroden 725, die dieselbe Struktur wie die Gateelektroden 712 aufweisen, aber mit den Gateelektroden 712 elektrisch nicht verbunden und geerdet sind, als Teile der jeweiligen FWD-nur-Erfassungselemente 752 enthalten. Demzufolge werden, obwohl die FWD-nur-Erfassungselemente 752 die Dummy-Gateelektroden 725, die dieselbe Struktur wie die Gateelektroden 712 aufweisen, enthalten, die Anodenbereiche 720 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 und deren Kathodenbereiche (Halbleitersubstrat 710) nicht auf dasselbe Potenzial gebracht, wenn die FWD-nur-Erfassungselemente 752 in der Durchlassrichtung wirken. Die FWD-nur-Erfassungselemente 752 werden aufgrund des Gatepotenzials (PWM-Gatesignal) nicht in der Lage sein, schnell in der Durchlassrichtung zu wirken. Mit anderen Worten fließt ein Strom, der proportional zu einem Strom ist, der in die FWD-Elemente 732 fließt, schnell in die FWD-nur-Erfassungselemente 752 (eine Erfassungsspannung wird schnell entwickelt). Demzufolge kann sogar dann, wenn die Halbleitervorrichtung 701, die die FWD-nur-Erfassungselemente 752 enthält, verwendet wird, sehr genau auf der Grundlage der Tätigkeit der FWD-Elemente 732 gesteuert werden, ob das PWM-Gatesignal an die Gateelektroden 712 der IGBT-Elemente 731 angelegt wird. Das heißt, obwohl die FWD-Elemente 732 in die IGBT-Elemente 731 integriert sind, kann eine Erhöhung des Durchlassverlustes, der durch die FWD-Elemente 732 verursacht wird, wirksam unterdrückt werden.
Außerdem weisen in der vorliegenden Ausführungsform die Dummy-Gateelektroden 725 und die Dummy-Emitterbereiche 726 dieselben Strukturen wie jeweils die Gateelektroden 712 und die Emitterbereiche 713 auf. Demzufolge kann ein Entwurf, der die dielektrische Festigkeit der FWD-nur-Erfassungselemente 752 garantiert, auf dieselbe Weise wie bei den FWD-Elementen 732, die in dem Hauptbereich 730 angeordnet sind, erzielt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die FWD-nur-Erfassungselemente 752 außerdem im Gegensatz zu der dritten Ausführungsform die geerdeten Dummy-Gateelektroden 725 und die Dummy-Emitterbereiche 726. Jedoch können beispielsweise, wie es in 27 gezeigt ist, die FWD-nur-Erfassungselemente 752 außerdem nur die geerdeten Dummy-Gateelektroden 725 (ohne die Dummy-Emitterbereiche 726) enthalten. 27 ist eine Querschnittsansicht, die eine Variante zeigt.
(Fünfzehnte Ausführungsform)
Im Folgenden wird die fünfzehnte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 28 beschrieben. 28 ist eine Querschnittsansicht, die den Umriss einer Halbleitervorrichtung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform zeigt, und ist vergleichbar mit 23, die die dreizehnte Ausführungsform zeigt.
Die Halbleitervorrichtung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform weist viel Gemeinsames mit den vorherigen Ausführungsformen auf. Die Beschreibung der gemeinsamen Teile wird weggelassen, und es wird der sich davon unterscheidende Teil intensiv beschrieben. Es werden dieselben Bezugszeichen für identische Komponenten der vorherigen Ausführungsformen verwendet.
In den vorherigen Ausführungsformen sind in dem Erfassungsbereich 750 die Basisbereiche 717, die in den IGBT-nur-Erfassungselementen 751 enthalten sind, und die Anodenbereiche 720, die in den FWD-nur-Erfassungselementen 752 enthalten sind, voneinander getrennt.
Im Gegensatz dazu sind in der Halbleitervorrichtung 701 der vorliegenden Ausführungsform, wie es beispielsweise in 28 gezeigt ist, sind IGBT-nur-Erfassungselemente 751, die enthalten: Basisbereiche 727 eines zweiten Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyps, die selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 angeordnet sind, Gateelektroden 718, die durch Aufbringen eines leitenden Materials auf Gräben, die die Basisbereiche 727 von der ersten Hauptfläche in den Mitten 727a der Basisbereiche 727 durchdringen und deren Böden das Halbleitersubstrat 710 erreichen, auf Isolierfilmen ausgebildet sind; Emitterbereiche 719, die selektiv in der Oberflächenschicht der ersten Hauptfläche innerhalb der Basisbereiche 727 ausgebildet sind; Kollektorschichten 721, die selektiv in der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats 710 ausgebildet sind und in die ein Strom, der proportional zu einem Strom ist, der in die IGBT-Elemente 731 fließt, fließt, innerhalb des Erfassungsbereiches 750 angeordnet.
Außerdem werden die Umfänge 727b der Basisbereiche 727 außerhalb der Mitten 727a, in denen die Gateelektroden 718 ausgebildet sind, als die Anodenbereiche der FWD-nur-Erfassungselemente 752 (äquivalent zu den Anodenbereichen 720, die in der dreizehnten Ausführungsform enthalten sind) verwendet. Vorzugsweise sind die Kathodenschichten 722 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 zumindest von den Basisbereichen 272 in einer Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 mit einem Abstand, der gleich oder größer als die Dicke des Halbleitersubstrats 710 ist, separat ausgebildet.
Wie es oben erwähnt ist, dienen in der Halbleitervorrichtung 701 der vorliegenden Ausführungsform die Mitten 727a der Basisbereiche 727 im Wesentlichen als die Basisbereiche der IGBT-nur-Erfassungselemente 751, und deren Umfänge 727b dienen als die Anodenbereiche der FWD-nur-Erfassungselemente 752. Kurz gesagt sind die Basisbereiche der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und die Anodenbereiche der FWD-nur-Erfassungselemente 752 als vereinigte Körper ausgebildet. Weiterhin sind die Kathodenschichten 722 getrennt von den Basisbereichen 727 ausgebildet. Demzufolge kann, während derselbe Betrieb und derselbe Vorteil wie bei den Halbleitervorrichtungen 1 der zuvor genannten Ausführungsformen ausgeführt bzw. erzielt wird, der Aufbau kleiner als derjenige der Halbleitervorrichtungen 1 der zuvor genannten Ausführungsformen in der Richtung senkrecht zu der Dickenrichtung des Halbleitersubstrats 710 gestaltet werden.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Halbleitervorrichtung 701 die Feld-Stopp-Schicht 716. Es können jedoch IGBT-Elemente vom Durchgriff-Typ oder vom Nicht-Durchgriff-Typ als die IGBT-Elemente 731 (IGBT-nur-Erfassungselemente 751) verwendet werden.
Außerdem bezieht sich in der vorliegenden Ausführungsform der erste Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyp in den Ansprüchen auf die Leitfähigkeit vom n-Typ, und der zweite Leitfähigkeits- bzw. Leitungstyp bezieht sich auf die Leitfähigkeit vom p-Typ (der Aufbau, der die IGBT-Elemente 731 aufweist, weist Kanäle vom n-Typ auf). Alternativ kann sich der erste Leitfähigkeitstyp auf die Leitfähigkeit vom p-Typ beziehen, und der zweite Leitfähigkeitstyp kann sich auf eine Leitfähigkeit vom n-Typ beziehen (der Aufbau, der die IGBT-Elemente 731 enthält, weist Kanäle vom p-Typ auf).
In der vorliegenden Ausführungsform teilen die IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und die FWD-nur-Erfassungselemente 752 den Erfassungswiderstand 811, mit dem sie durch einen seiner Anschlüsse verbunden sind, wenn die vorliegende Ausführungsform für die Rückführungsschaltung ausgelegt ist. Alternativ können die IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und FWD-nur-Erfassungselemente 752 unterschiedlichen Erfassungswiderständen zugeordnet sein.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Erfassungswiderstand 811 mit den Emittern der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und den Anoden der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbunden. Alternativ kann ein Erfassungswiderstand mit den Kollektoren der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 verbunden sein, und ein Erfassungswiderstand kann mit den Kathoden der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbunden sein.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Halbleitervorrichtung 701 als Erfassungselemente die IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und die FWD-nur-Erfassungselemente 752. Die Halbleitervorrichtung 701 kann jedoch als die Erfassungselemente mindestens die FWD-nur-Erfassungselemente 752 enthalten.
In der vorliegenden Ausführungsform enthalten die FWD-nur-Erfassungselemente 752 die Kathodenschichten 722. Alternativ können die Kathodenschichten 715 der FWD-Elemente 732, die in dem Hauptbereich 730 ausgebildet sind, als die Kathodenschichten der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verwendet werden (die Kathodenschichten werden von den FWD-Elementen und den FWD-nur-Erfassungselementen geteilt). Sogar mit diesem Aufbau können die Kathodenschichten (Kathodenschichten 715) der FWD-nur-Erfassungselemente 752 getrennt von den Basisbereichen 717 (oder Basisbereichen 727) der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 ausgebildet sein. Insbesondere werden ähnlich wie bei dem Aufbau der Halbleitervorrichtung 701 der fünfzehn ten Ausführungsform in dem Aufbau, in dem die Basisbereiche der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 und die Anodenbereiche der FWD-nur-Erfassungselemente 752 als die vereinigten Körper der Basisbereiche 727 ausgebildet sind, die Kathodenschichten 715 der FWD-Elemente 732 als die Kathodenschichten angesehen, die separat von den Basisbereichen 727 ausgebildet sind. Die Kathodenschichten 715 schließen sich jedoch an die Kollektorschichten 714, die in den IGBT-Elementen 731 enthalten sind, an. Daher sind vorzugsweise die Kathodenschichten 722 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 getrennt von den Kathodenschichten 715 der FWD-Elemente 732 ausgebildet.
In der vorliegenden Ausführungsform sind die IGBT-Erfassungsanschlussfläche 792, die mit den Emitterbereichen 719 der IGBT-nur-Erfassungselemente 751 verbunden ist, und die FWD-Erfassungsanschlussfläche 793, die mit den Anodenbereichen 720 der FWD-nur-Erfassungselemente 752 verbunden ist, unabhängig voneinander ausgebildet. Alternativ können beispielsweise, wie es in 29 gezeigt ist, die IGBT-Erfassungsanschlussfläche 792 und die FWD-Erfassungsanschlussfläche 793 gemeinsam als eine Erfassungsanschlussfläche 794 ausgebildet sein. 29 ist eine Draufsicht, die eine andere Variante zeigt.
Die oben beschriebene Erfindung weist die folgenden Aspekte auf.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diode aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit gibt das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst. Die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Rückführungseinheit einen Stromfluss durch die Diode erfasst.
Wenn demzufolge ein Strom in die Diodenelemente fließt, kann das Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden. Das heißt, wenn ein Strom in die Diodenelemente fließt, wird kein Gatesignal zur Ansteuerung der IGBT-Elemente in die IGBT-Elemente eingegeben. Demzufolge kann eine gegenseitige Beeinflussung der Tätigkeit der Diodenelemente und der Tätigkeit der IGBT-Elemente vermieden werden.
Da die Diodenelemente und die IGBT-Elemente gleichzeitig eingeschaltet werden, kann demzufolge eine Erhöhung der Durchlassspannung der Diodenelemente, die von der Tatsache herrührt, dass die Diodenelemente, die in demselben Halbleitersubstrat wie die IGBT-Elemente ausgebildet sind, nicht schnell in einer Durchlassrichtung tätig werden können, vermieden werden. Schließlich kann eine Erhöhung eines Verlustes der Durchlassspannung der Diodenelemente verhindert werden.
Alternativ kann die Rückführungseinheit einen Erfassungswiderstand zum Erfassen des Stromflusses durch die Diode enthalten. Die Rückführungseinheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert zum Bestimmen, ob der Strom durch die Diode fließt, bereit. Die Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Wie es oben erwähnt ist, ist ein Schaltkreis ausreichend, der den Erfassungswiderstand zum Zwecke des Erfassens, ob ein Strom in die Diodenelemente geflossen ist, enthält. In diesem Fall kann die Potenzialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands verwendet werden, um den Stromfluss in die Diodenelemente zu erfassen.
Außerdem kann der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode ein Diodenstromerfassungselement enthalten. Das Diodenstromerfassungselement lässt einen Strom proportional zu dem Strom der Diode durch, und der Strom, der durch das Diodenstromerfassungselement durchgelassen wird, fließt durch den Erfassungswiderstand.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung enthalten: ein Temperaturerfassungsdiodenelement (50) zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die der Temperatur entspricht, die in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode erzeugt wird. Die Rückführungseinheit stellt weiterhin einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereit, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Rückführungseinheit ersetzt den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert, so dass die Rückführungseinheit die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist. Die vorbestimmte Durchlassspannung entspricht der Temperatur in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur ist. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Demzufolge kann der Fluss des Stroms in die Diodenelemente bestimmt werden, wenn der IGBT mit einer Body-Diode in einen Hochtemperaturzustand eintritt, und zwar sogar dann, wenn ein Strom, der in die Diodenelemente fließt, mikroskopisch klein ist. Wenn der IGBT mit einer Body-Diode in den Hochtemperaturzustand eintritt und ein kleiner Strom in die Diodenelemente fließt, kann demzufolge das Ansteuern der IGBT- Elemente beendet werden. Schließlich kann der IGBT mit einer Body-Diode vor einem Durchbruch aufgrund einer hohen Temperatur geschützt werden.
Außerdem kann die Rückführungseinheit einen Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, erfassen. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Rückführungseinheit kein Fließen eines Überstroms durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate erfasst. Der Überstrom ist gleich oder größer als ein vorbestimmter Strom, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Rückführungseinheit das Fließen eines Überstroms durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate erfasst.
Wie es oben erwähnt ist, kann sogar dann, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente fließt, das Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden. Die IGBT-Elemente können vor einem Durchbruch geschützt werden.
Außerdem kann der vorbestimmte Strom einen Überstromschwellenwert bereitstellen. Die Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem Überstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands größer als der Überstromschwellenwert ist.
Ähnlich dem Fall von Diodenelementen kann ein Strom, der in die IGBT-Elemente fließt, unter Verwendung der Potenzialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands erfasst werden.
Außerdem kann der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode ein IGBT-Stromerfassungselement enthalten. Das IGBT-Stromerfassungselement lässt einen Strom proportional zu dem Strom des Bipolartransistors mit isoliertem Gate durch, und der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement fließt, fließt durch den Erfassungswiderstand.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode, der einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor und eine Diode aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind; wobei der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor ein Gate enthält, das mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit hält das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors an, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst, und die Rückführungseinheit steuert den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor an, so dass ein Strom, der eine Richtung entsprechend einer Durchlassrichtung des Durchlassstroms aufweist, durch den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor fließt, wenn die Rückführungseinheit einen Durchlassstromfluss durch die Diode erfasst.
Demzufolge fließt der Strom durch die DMOS-Elemente, wenn ein Durchlassstrom in die Diodenelemente fließt. Demzufolge kann eine Erhöhung eines DC-Verlustes, der äquivalent zu einer Durchlassspannung Vf ist, die auftritt, wenn der Durchlassstrom in die Diodenelemente fließt, verhindert werden.
Alternativ kann die Rückführungseinheit einen Erfassungswiderstand zum Erfassen des Stromflusses durch die Diode enthalten. Die Rückführungseinheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert zum Bestimmen, ob der Strom durch die Diode fließt, bereit. Die Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit hält das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit steuert den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor an, wenn die Spannung zwi schen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Wie es oben erwähnt ist, kann die Potenzialdifferenz, die zwischen den Anschlüssen des Erfassungswiderstands auftritt, verwendet werden, um den Fluss eines Stroms in die Diodenelemente zu erfassen.
Außerdem kann der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode ein Diodenstromerfassungselement enthalten. Das Diodenstromerfassungselement lässt Strom proportional zu dem Strom der Diode durch, und der Strom, der durch das Diodenstromerfassungselement fließt, fließt durch den Erfassungswiderstand, so dass die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erzeugt wird.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung enthalten: ein Temperaturerfassungsdiodenelement zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die einer Temperatur entspricht, die in dem doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode erzeugt wird. Die Rückführungseinheit stellt außerdem einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereit, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Rückführungseinheit ersetzt den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert, so dass die Rückführungseinheit die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist. Die vorbestimmte Durchlassspannung entspricht der Temperatur in dem doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur ist. Die Rückführungseinheit hält das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist, und die Rückführungseinheit steuert den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellen wert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Demzufolge kann sogar dann, wenn der DMOS mit einer Body-Diode bei einer hohen Temperatur arbeitet, bei der ein DC-Verlust, der durch die Diodenelemente verursacht wird, Probleme verursacht, ein Strom, der in die Diodenelemente fließt, schnell erfasst werden. Demzufolge können die DMOS-Elemente sogar dann, wenn ein kleiner Strom in die Diodenelemente fließt, eingeschaltet werden, so dass ein Strom in die DMOS-Elemente fließen wird. Daher kann, während eine Erhöhung des DC-Verlustes, der durch die Diodenelemente verursacht wird, verhindert wird, eine Wärmeverteilung der Diodenelemente unterdrückt werden.
Außerdem kann die Rückführungseinheit einen dritten Diodenstromschwellenwert bereitstellen, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, so dass die Rückführungseinheit bestimmt, ob die Rückführungseinheit den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor ansteuert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert, und die Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem dritten Diodenstromschwellenwert, so dass die Rückführungseinheit bestimmt, ob die Rückführungseinheit den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor ansteuert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht.
Demzufolge werden sogar dann, wenn die Potenzialdifferenz aufgrund von Rauschen in der Nähe des ersten Diodenstromerfassungsschwellenwerts oder des dritten Diodenstromerfassungsschwellenwerts schwankt, die Ein- und Aus-Zustände der DMOS-Elemente aufgrund des Rauschens nicht gewechselt. Demzufolge kann die Rauschfestigkeit der Halbleitervorrichtung verbessert werden.
Außerdem kann die Halbleitervorrichtung eine Ansteuereinheit enthalten. Die Rückführungseinheit gibt das Ansteuersignal in das Gate des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors ein. Der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor wird weiterhin mit einem Schaltsignal angesteuert, das in das Gate von einer externen Einheit eingegeben wird, und die Ansteuereinheit steuert den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor entsprechend dem Schaltsignal an, so dass der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor ein Schaltelement bereitstellt, wenn das Schaltsignal in das Gate eingegeben wird und das Ansteuersignal in das Gate nicht eingegeben wird.
Demzufolge kann eine Halbleitervorrichtung bereitgestellt werden, die sowohl eine Gleichrichtung, die mit den Diodenelementen realisiert wird, als auch ein Schalten bereitstellt, das mit den DMOS-Elementen realisiert wird.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; und eine Rückführungseinheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert bereit, der definiert, ob das Diodenelement Strom durchlässt. Die Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Demzufolge kann ein Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden, wenn ein Strom in die Diodenelemente geflossen ist. Wenn ein Strom in die Diodenelemente geflossen ist, kann, da ein Gatesignal, mit dem die IGBT-Elemente angesteuert werden, in die IGBT-Elemente nicht eingegeben wird, die gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diodenelemente und der Tätigkeit der IGBT-Elemente vermieden werden.
Da die Diodenelemente und die IGBT-Elemente gleichzeitig eingeschaltet werden, kann eine Erhöhung der Durchlassspannung der Diodenelemente, die der Tatsache zuzuschreiben ist, dass die Diodenelemente, die in demselben Halbleitersubstrat wie die IGBT-Elemente ausgebildet sind, in einer Durchlassrichtung nicht schnell tätig werden können, vermieden werden. Somit kann eine Erhöhung eines Verlustes der Durchlassspannung der Diodenelemente verhindert werden.
Alternativ kann der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode weiterhin ein IGBT-Stromerfassungselement enthalten. Das IGBT-Stromerfassungselement lässt einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durch. Das IGBT-Stromerfassungselement ist mit dem Erfassungswiderstand gekoppelt, so dass der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement fließt, durch den Erfassungswiderstand fließt. Die Rückführungseinheit stellt einen Überstromschwellenwert bereit, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt. Die Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem Überstromschwellenwert. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Wie es oben erwähnt ist, kann, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente fließt, das Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden, da die IGBT-Erfassungselemente, die einen Strom, der in die IGBT-Elemente fließt, erfassen, enthalten sind.
Alternativ kann die Halbleitervorrichtung weiterhin enthalten: ein Temperaturerfassungsdiodenelement zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die einer Temperatur entspricht, die in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode erzeugt wird. Die Rückführungseinheit stellt weiterhin einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereit, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Die Rückführungseinheit ersetzt den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert, so dass die Rückführungseinheit die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist. Die vorbestimmte Durchlassspannung entspricht der Temperatur in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, die gleich oder größer als die vorbestimmte Temperatur ist. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Demzufolge kann, wenn der IGBT mit einer Body-Diode in den Hochtemperaturzustand eintritt, unabhängig davon, wie mikroskopisch klein ein Strom, der in die Diodenelemente fließt, ist, der Fluss des Stroms in die Diodenelemente bestimmt werden. Daher kann ein Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden, wenn ein kleiner Strom in die Diodenelemente fließt, wobei der IGBT mit einer Body-Diode in dem Hochtemperaturzustand belassen wird. Daher kann der IGBT mit einer Body-Diode vor einem Durchbruch bei der hohen Temperatur geschützt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; und erste und zweite Rückführungseinheiten. Die erste Rückführungseinheit stellt einen Entscheidungsschwellenwert bereit, der definiert, ob sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in einem Durchlasszustand befindet. Die erste Rückführungseinheit vergleicht eine Gatespannung des Bipolartransistors mit isoliertem Gate mit dem Entscheidungsschwellenwert. Die erste Rückführungseinheit gibt einen ersten Diodenstromschwellenwert aus, wenn die Gatespannung größer als der Entscheidungsschwellenwert ist. Der erste Diodenstromschwellenwert zeigt an, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in einem Durchlasszustand befindet. Die erste Rückführungseinheit gibt einen zweiten Diodenstromschwellenwert aus, wenn die Gatespannung gleich oder kleiner als der Entscheidungsschwellenwert ist. Der zweite Diodenstromschwellenwert zeigt an, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate in einem Sperrzustand befindet, und der zweite Diodenstromschwellenwert ist größer als der erste Diodenstromschwellenwert. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die zweite Rückführungseinheit eingegeben. Die zweite Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die zweite Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht. Die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht, und die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht.
Demzufolge kann das Ansteuern der IGBT-Elemente entsprechend dem Gatepotenzial der IGBT-Elemente mit einer Hysterese versehen werden. Insbesondere wenn die IGBT-Elemente ausgeschaltet sind, fließt ein Strom schnell in die Diodenelemente. Wenn daher die Potenzialdifferenz mit dem zweiten Diodenstromerfassungsschwellenwert, der kleiner als der erste Diodenstromerfassungsschwellenwert ist, verglichen wird, können die IGBT-Elemente zu dem Zeitpunkt ausgeschaltet werden, zu dem ein Strom in die Diodenelemente fließt. Weiterhin kann, wenn die IGBT-Elemente eingeschaltet sind, ein Strom nicht schnell in die Diodenelemente fließen. Wenn daher die Potenzialdifferenz mit dem ersten Diodenstromerfassungsschwellenwert verglichen wird, können, solange kein Strom in die Diodenelemente fließt, die IGBT-Elemente eingeschaltet werden. Demzufolge können die IGBT-Elemente stabil ohne Vibration gesteuert werden. Weiterhin kann die gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diodenelemente und der Tätigkeit der IGBT-Elemente vermieden werden, um eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in dem Diodenteil zu verhindern.
Alternativ kann der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode weiterhin ein IGBT-Stromerfassungselement enthalten. Das IGBT-Stromerfassungselement lässt Strom proportional zu dem Strom des Bipolartransistors mit isoliertem Gate durch. Das IGBT-Stromerfassungselement ist mit dem Erfassungswiderstand gekoppelt, so dass der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement fließt, durch den Erfassungswiderstand fließt. Die zweite Rückführungseinheit stellt einen Überstromschwellenwert bereit, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt. Die zweite Rückführungseinheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem Überstromschwellenwert. Die zweite Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Demzufolge kann ein Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden, und die IGBT-Elemente können vor einem Durchbruch geschützt werden, wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente geflossen ist.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und ein IGBT-Stromerfassungselement enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei das IGBT-Stromerfassungselement einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand, der mit dem IGBT-Stromerfassungselement und dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; eine IGBT-Rückführungseinheit; und eine Dioden-Schmitt-Einheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die IGBT-Rückführungseinheit eingegeben. Die IGBT-Rückführungseinheit stellt einen Überstromschwellenwert bereit, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt. Die IGBT-Rückführungseinheit vergleicht eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem Überstromschwellenwert. Die IGBT-Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist. Die IGBT-Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist. Das Ansteuersignal wird weiterhin von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit eingegeben. Die Dioden-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement einen Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, bereit. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipo lartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht, und die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands erhöht.
Wenn ein Strom in die Diodenelemente geflossen ist, kann das Ansteuern der IGBT-Elemente beendet werden. Die gegenseitige Beeinflussung zwischen der Tätigkeit der Diodenelemente und der Tätigkeit der IGBT-Elemente kann vermieden werden, um eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in dem Diodenteil zu verhindern. In diesem Fall kann die Dioden-Schmitt-Einrichtung, da die Diodenstromerfassungsschwellenwerte einen Unterschied aufweisen, der äquivalent zu einer Hysterese ist, ein Flattern während der Durchführung einer Rückführungssteuerung in den IGBT-Elementen verhindern. Wenn ein Überstrom in die IGBT-Elemente geflossen ist, beendet außerdem die IGBT-Rückführungseinrichtung das Ansteuern der IGBT-Elemente, um die IGBT-Elemente vor einem Durchbruch zu schützen.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate und eine Diodeneinheit aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und ein IGBT-Stromerfassungselement enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei der IGBT-Stromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit ein Diodenelement und ein Diodenstromerfassungselement enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement fließt, durchlässt; einen ersten Erfassungswiderstand, der mit dem IGBT-Stromerfassungselement gekoppelt ist; einen zweiten Erfassungswiderstand, der mit dem Diodenstromerfassungselement gekoppelt ist; eine IGBT-Schmitt-Einheit; und eine Dioden-Schmitt-Einheit. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die IGBT-Schmitt-Einheit eingegeben. Die IGBT-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Überstromschwellenwert, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, und einen zweiten Überstromschwellenwert, der kleiner als der erste Überstromschwellenwert ist, bereit. Die IGBT-Schmitt-Einheit vergleicht eine erste Spannung zwischen zwei Enden des ersten Erfassungswiderstands mit dem ersten Überstromschwellenwert, wenn sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht. Die IGBT-Schmitt-Einheit vergleicht die erste Spannung mit dem zweiten Überstromschwellenwert, wenn sich die erste Spannung verringert. Die IGBT-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert. Die IGBT-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert. Das Ansteuersignal wird außerdem von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit eingegeben. Die Dioden-Schmitt-Einheit stellt einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, bereit. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht eine zweite Spannung zwischen zwei Enden des zweiten Erfassungswiderstands mit dem ersten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert. Die Dioden-Schmitt-Einheit vergleicht die zweite Spannung mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert, wenn sich die zweite Spannung erhöht. Die Dioden-Schmitt-Einheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht, und die Dioden-Schmitt-Einheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht.
Demzufolge kann eine Erhöhung eines Durchlassverlustes in dem Diodenteil verhindert werden, und es kann ein Flattern von den IGBT-Elementen verhindert werden. Weiterhin können die Schwellenwerte entsprechend den Ausgangscharakteristika der IGBT-Elemente und Diodenerfassungselemente ausgelegt werden, da ein Strom, der in die IGBT-Erfassungselemente fließt, und ein Strom, der in die Diodenelemente fließt, durch unterschiedliche Erfassungswiderstände erfasst werden.
Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält eine Halbleitervorrichtung ein Halbleitersubstrat, das einen Leitungstyp aufweist, eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche aufweist und einen Hauptbereich und einen Erfassungsbereich enthält, wobei ein Bereich des Erfassungsbereiches auf der ersten Hauptfläche kleiner als der Hauptbereich ist; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode, der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate und eine Freilaufdiode aufweist, die in dem Hauptbereich des Substrats angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate eine Gateelektrode aufweist und mit einem Ansteuersignal, das in die Gateelektrode eingegeben wird, angesteuert wird; und ein Dioden stromerfassungselement, das in dem Erfassungsbereich des Substrats angeordnet ist. Die Freilaufdiode enthält eine FWD-Anode, die einen zweiten Leitungstyp aufweist, und eine FWD-Kathode, die den ersten Leitungstyp aufweist. Die FWD-Anode wird durch einen Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche bereitgestellt und stellt eine Basis des Bipolartransistors mit isoliertem Gate bereit. Die FWD-Kathode ist in einem zweiten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet. Der Bipolartransistor mit isoliertem Gate enthält einen Kollektor, der in einem dritten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, der sich von dem zweiten Oberflächenabschnitt unterscheidet. Das Diodenstromerfassungselement enthält eine Erfassungselementanode, die den zweiten Leitungstyp aufweist. Die Erfassungselementanode ist in einem vierten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet, und das Diodenstromerfassungselement lässt Strom proportional zu einem Strom, der durch die Freilaufdiode fließt, durch.
Wie es oben erwähnt ist, sind gemäß der vorliegenden Erfindung die Dioden-nur-Erfassungselemente innerhalb des Erfassungsbereiches ausgebildet. Die Dioden-nur-Erfassungselemente weisen keine Gateelektrode auf, durch die ein Gateansteuersignal eingegeben wird, und sind somit derart ausgebildet, dass sie durch ein Gatepotenzial unbeeinflusst bleiben. Demzufolge fließt ein Strom, der proportional zu einem Strom ist, der in die Gleichrichtungsdiodenelemente fließt, schnell in die Dioden-nur-Erfassungselemente (eine Erfassungsspannung kann schnell entwickelt werden). Daher kann, solange die Dioden-nur-Erfassungselemente verwendet werden, eine Rückführungseinrichtung, die steuert, ob das Gateansteuersignal durch die Gateelektroden eingegeben werden sollte, entsprechend dessen, ob ein Strom in die Gleichrichtungsdiodenelemente geflossen ist, sehr genau in Tätigkeit versetzt werden. Mit anderen Worten kann, obwohl die Gleichrichtungsdiodenelemente in den IGBT-Elementen integriert sind, eine Erhöhung eines Durchlassverlustes, der durch die Gleichrichtungsdiodenelemente verursacht wird, wirksam verhindert werden.
Alternativ kann die Halbleitervorrichtung weiterhin enthalten: wobei das Diodenstromerfassungselement weiterhin eine Erfassungselementkathode enthält, die den ers ten Leitungstyp aufweist. Die Erfassungselementkathode ist in einem fünften Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet, und die Erfassungselementkathode ist von der Basis des Bipolartransistors mit isoliertem Gate um einen vorbestimmten Abstand entlang einer Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt.
Aufgrund des obigen Aufbaus fließt zumindest ein Teil der Träger, die sich in dem Halbleitersubstrat innerhalb des Hauptzellenbereiches einhergehend mit der Tätigkeit der IGBT-Elemente ansammeln (Löcher, die von den Kollektorbereichen, die in den IGBT-Elementen enthalten sind, injiziert werden), in die Kathodenbereiche der Dioden-nur-Erfassungselemente. Dieses verhindert eine nicht richtige Tätigkeit der Dioden-nur-Erfassungselemente. Das heißt, es kann eine Stromerfassung, die unter Verwendung der Dioden-nur-Erfassungselemente durchzuführen ist, noch genauer entsprechend einem Strom, der in die Gleichrichtungsdiodenelemente fließt, erzielt werden.
Außerdem kann die Erfassungselementanode unmittelbar über der Erfassungselementkathode angeordnet sein.
Aufgrund des obigen Aufbaus kann der Betriebswiderstand, der von den Dioden-nur-Erfassungselementen geboten wird, verringert werden, so dass ein Strom noch schneller fließen kann (eine Erfassungsspannung kann schnell entwickelt werden).
Alternativ kann das Diodenstromerfassungselement weiterhin eine Erfassungselementkathode enthalten, die den ersten Leitungstyp aufweist. Die FWD-Kathode stellt die Erfassungselementkathode bereit.
Alternativ kann die Gateelektrode in einem Gategraben auf einem Isolierfilm angeordnet sein. Der Gategraben ist in dem ersten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet und durchdringt die Basis des Bipolartransistors mit isoliertem Gate, so dass der Gategraben das Substrat erreicht. Das Diodenstromerfassungselement enthält weiterhin eine Dummy-Gateelektrode, die elektrisch geerdet ist. Die Dummy-Gateelektrode ist in einem Dummy-Gategraben auf einem Isolierfilm angeordnet, und der Dummy-Gategraben ist in dem vierten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet und durchdringt die Erfassungselementanode des Diodenstromerfassungselements, so dass der Dummy-Gategraben das Substrat erreicht.
Aufgrund des obigen Aufbaus, da die Dummy-Gateelektroden geerdet sind, aber mit den Gateelektroden der IGBT-Elemente elektrisch nicht verbunden sind. Obwohl die Dummy-Gateelektroden, die dieselbe Struktur wie die Gateelektroden aufweisen, enthalten sind, wird die Tätigkeit der Dioden-nur-Erfassungselemente durch das Gatepotenzial unbeeinflusst bleiben. Weiterhin kann ein Entwurf, der eine dielektrische Festigkeit gewährleistet, identisch zu dem demjenigen der Gleichrichtungsdiodenelemente innerhalb des Hauptbereiches ausgebildet sein.
Alternativ kann die Halbleitervorrichtung weiterhin ein IGBT-Stromerfassungselement, das in dem Erfassungsbereich des Substrats angeordnet ist, enthalten. Das IGBT-Stromerfassungselement enthält eine Erfassungselementbasis, die den zweiten Leitungstyp aufweist, eine Erfassungselementgateelektrode, einen Erfassungselementemitter, der den ersten Leitungstyp aufweist, und einen Erfassungselementkollektor, den der zweiten Leitungstyp aufweist. Die Erfassungselementbasis wird durch einen sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche bereitgestellt. Die Erfassungselementgateelektrode ist in einem Erfassungselementgategraben auf einem Isolierfilm angeordnet. Der Erfassungselementgategraben ist in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Oberfläche angeordnet und durchdringt die Erfassungselementbasis des IGBT-Stromerfassungselements, so dass der Erfassungselementgategraben das Substrat erreicht. Der Erfassungselementemitter ist in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet und benachbart zu dem Erfassungselementgategraben. Der Erfassungselementkollektor ist in einem siebten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet, und das IGBT-Stromerfassungselement lässt Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durch.
Aufgrund der obigen Struktur können die IGBT-Elemente durch Erfassen des Stroms, der in die IGBT-nur-Erfassungselemente fließt, vor einem Überstrom geschützt werden.
Außerdem kann die Erfassungselementkathode des Diodenstromerfassungselements von der Erfassungselementbasis des IGBT-Stromerfassungselements um einen vorbestimmten Abstand entlang der Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt sein.
Aufgrund des obigen Aufbaus fließt zumindest ein Teil der Träger, die sich in dem Halbleitersubstrat einhergehend mit der Tätigkeit der IGBT-nur-Erfassungselemente ansammeln (Löcher, die von den Kollektorbereichen, die in den IGBT-nur-Erfassungselementen enthalten sind, injiziert werden), in die Kathodenbereiche der Dioden-nur-Erfassungselemente. Dieses verhindert eine nicht richtige Funktion der Dioden-nur-Erfassungselemente. Mit anderen Worten kann eine Stromerfassung, die unter Verwendung der Dioden-nur-Erfassungselemente durchzuführen ist, noch genauer entsprechend dem Strom, der in die Gleichrichtungsdiodenelemente fließt, erzielt werden.
Alternativ kann die Halbleitervorrichtung weiterhin ein IGBT-Stromerfassungselement, das in dem Erfassungsbereich des Substrats angeordnet ist, enthalten. Das IGBT-Stromerfassungselement enthält eine Erfassungselementbasis, die den zweiten Leitungstyp aufweist, eine Erfassungselementgateelektrode, einen Erfassungselementemitter, der den ersten Leitungstyp aufweist, und einen Erfassungselementkollektor, der den zweiten Leitungstyp aufweist. Die Erfassungselementbasis ist durch einen sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche vorgesehen. Die Erfassungselementgateelektrode ist in einem Erfassungselementgategraben auf einem Isolierfilm angeordnet. Der Erfassungselementgategraben ist in einer Mitte des sechsten Oberflächenabschnitts des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet und durchdringt die Erfassungselementbasis des IGBT-Stromerfassungselements, so dass der Erfassungselementgategraben das Substrat erreicht. Der Erfassungselementemitter ist in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der ersten Hauptfläche angeordnet und benachbart zu dem Erfassungselementgategraben.
Der Erfassungselementkollektor ist in einem siebten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches in dem Substrat auf der zweiten Hauptfläche angeordnet. Das IGBT-Stromerfassungselement lässt Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate fließt, durch. Die Erfassungselementbasis enthält einen Teil, der an einem Umfang um die Mitte des sechsten Oberflächenabschnitts angeordnet ist. Der Teil der Erfassungselementbasis stellt die Erfassungselementanode bereit, und die Erfassungselementkathode ist von der Erfassungselementbasis um einen vorbestimmten Abstand entlang der Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt.
Während die Erfindung mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die bevorzugten Ausführungsformen und Konstruktionen beschränkt ist. Die Erfindung beabsichtigt, verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken. Außerdem liegen, während verschiedene Kombinationen und Konfigurationen bevorzugt sind, weitere Kombinationen und Konfigurationen einschließlich mehr, weniger oder nur einem einzelnen Element ebenfalls innerhalb des Geistes und des Bereiches der Erfindung.
Eine Halbleitervorrichtung enthält ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und eine Diode (22a) aufweist, die in dem Substrat angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit (10, 30, 40) zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode fließt. Das Ansteuersignal wird von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit eingegeben. Die Rückführungseinheit reicht das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate weiter, wenn die Rückführungseinheit keinen Stromfluss durch die Diode erfasst, und die Rückführungseinheit hält das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate an, wenn die Rückführungseinheit den Stromfluss durch die Diode erfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 6-351226 A [0002]
- US 55595656 [0002]
- JP 2004-180386 A [0006]
- JP 2004-208407 A [0007]
- JP 2004-88001 A [0009]
- JP 2007-229959 A [0207]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- „Proceedings of 2004 International Symposium an Power Semiconductor Devices & Amp; ICs" (S. 261–264) [0005]

Claims

Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und eine Diode (22a) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit (10, 30, 40) zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode (22a) fließt, wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit (10, 30, 40) eingegeben wird, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Rückführungseinheit (10, 30, 40) keinen Stromfluss durch die Diode (22a) erfasst, und wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Rückführungseinheit (10, 30, 40) den Stromfluss durch die Diode (22a) erfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) einen Erfassungswiderstand (30) zum Erfassen des Stromflusses durch die Diode (22a) enthält, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) einen ersten Diodenstromschwellenwert zum Bestimmen, ob der Strom durch die Diode (22a) fließt, bereitstellt, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) außerdem ein Diodenstromerfassungselement (22b) enthält, wobei das Diodenstromerfassungselement (22b) Strom proportional zu dem Strom der Diode (22a) durchlässt, und wobei der Strom, der durch das Diodenstromerfassungselement (22b) fließt, durch den Erfassungswiderstand (30) fließt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, die außerdem aufweist: ein Temperaturerfassungsdiodenelement (50) zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die einer Temperatur entspricht, die in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) erzeugt wird, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) außerdem einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereitstellt, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert ersetzt, so dass die Rückführungseinheit (10, 30, 40) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist, wobei die vorbestimmte Durchlassspannung der Temperatur in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) entspricht, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) außerdem einen Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, erfasst, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Rückführungseinheit (10, 30, 40) keinen Überstromfluss durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) erfasst, wobei der Überstrom gleich oder größer als ein vorbestimmter Strom ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Fließen eines Überstroms durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) erfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei der vorbestimmte Strom einen Überstromschwellenwert bereitstellt, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem Überstromschwellenwert vergleicht, wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 30, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) größer als der Überstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) außerdem ein IGBT-Stromerfassungselement (21b) enthält, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) Strom proportional zu dem Strom des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) durchlässt, und wobei der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement (21b) fließt, durch den Erfassungswiderstand (30) fließt.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode (100), der einen doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) und eine Diode (121) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor (111) ein Gate enthält, das mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird; und eine Rückführungseinheit (200) zum Erfassen eines Stroms, der durch die Diode (121) fließt, wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit (200) eingegeben wird, wobei die Rückführungseinheit (200) das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors (111) anhält, wenn die Rückführungseinheit (200) keinen Stromfluss durch die Diode (121) erfasst, und wobei die Rückführungseinheit (200) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) ansteuert, so dass ein Strom, der eine Richtung entsprechend einer Durchlassrichtung des Durchlassstroms aufweist, durch den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) fließt, wenn die Rückführungseinheit (200) einen Durchlassstromfluss durch die Diode (121) erfasst.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Rückführungseinheit (200) einen Erfassungswiderstand (30) zum Erfassen des Stromflusses durch die Diode (121) enthält, wobei die Rückführungseinheit (200) einen ersten Diodenstromschwellenwert zum Bestimmen, ob der Strom durch die Diode (121) fließt, bereitstellt, wobei die Rückführungseinheit (200) eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wobei die Rückführungseinheit (200) das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors (111) anhält, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und wobei die Rückführungseinheit (200) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) ansteuert, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9, wobei der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode (100) außerdem ein Diodenstromerfassungselement (122) enthält, wobei das Diodenstromerfassungselement (122) einen Strom proportional zu dem Strom der Diode (121) durchlässt, und wobei der Strom, der durch das Diodenstromerfassungselement (122) fließt, durch den Erfassungswiderstand (30) fließt, so dass die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erzeugt wird.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, die außerdem aufweist: ein Temperaturerfassungsdiodenelement (50) zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die einer Temperatur entspricht, die in dem doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode (100) erzeugt wird, wobei die Rückführungseinheit (200) außerdem einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereitstellt, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei die Rückführungseinheit (200) den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert ersetzt, so dass die Rückführungseinheit (200) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist, wobei die vorbestimmte Durchlassspannung einer Temperatur in dem doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor mit eingebauter Diode (100) entspricht, die gleich oder größer als eine vorbestimmte Temperatur ist, wobei die Rückführungseinheit (200) das Ansteuern des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors (111) anhält, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist, und wobei die Rückführungseinheit (200) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) ansteuert, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Rückführungseinheit (200) außerdem einen dritten Diodenstromschwellenwert bereitstellt, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei die Rückführungseinheit (200) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, so dass die Rückführungseinheit (200) bestimmt, ob die Rückführungseinheit (200) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) ansteuert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, und wobei die Rückführungseinheit (200) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem dritten Diodenstromschwellenwert vergleicht, so dass die Rückführungseinheit (200) bestimmt, ob die Rückführungseinheit (200) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) ansteuert, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, die außerdem aufweist: eine Ansteuereinheit (400), wobei die Rückführungseinheit (200) das Ansteuersignal in das Gate des doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistors (111) eingibt, wobei der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor (111) weiterhin mit einem Schaltsignal, das in das Gate von einer externen Einheit eingegeben wird, angesteuert wird, und wobei die Ansteuereinheit (400) den doppelt diffundierten Metalloxidhalbleitertransistor (111) entsprechend dem Schaltsignal ansteuert, so dass der doppelt diffundierte Metalloxidhalbleitertransistor (111) ein Schaltelement bereitstellt, wenn das Schaltsignal in das Gate eingegeben und das Ansteuersignal in das Gate nicht eingegeben wird.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und eine Diodeneinheit (22) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit (22) ein Diodenelement (22a) und ein Diodenstromerfassungselement (22b) enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement (22b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement (22a) fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand (30), der mit dem Diodenstromerfassungselement (22b) gekoppelt ist; und eine Rückführungseinheit (10, 40), wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die Rückführungseinheit (10, 40) eingegeben wird, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) einen ersten Diodenstromschwellenwert bereitstellt, der definiert, ob das Diodenelement (22a) Strom durchlässt, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) außerdem ein IGBT-Stromerfassungselement (21b) enthält, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, durchlässt, und wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) mit dem Erfassungswiderstand (30) gekoppelt ist, so dass der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement (21b) fließt, durch den Erfassungswiderstand (30) fließt, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) einen Überstromschwellenwert bereitstellt, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem Überstromschwellenwert vergleicht, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, die außerdem aufweist: ein Temperaturerfassungsdiodenelement (50) zum Ausgeben einer Durchlassspannung, die einer Temperatur entspricht, die in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) erzeugt wird, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) außerdem einen zweiten Diodenstromschwellenwert bereitstellt, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) den ersten Diodenstromschwellenwert durch den zweiten Diodenstromschwellenwert ersetzt, so dass die Rückführungseinheit (10, 40) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn die Durchlassspannung größer als eine vorbestimmte Durchlassspannung ist, wobei die vorbestimmte Durchlassspannung einer Temperatur in dem Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) entspricht, die gleich oder größer als die vorbestimmte Temperatur ist, wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist, und wobei die Rückführungseinheit (10, 40) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, wenn die Span nung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Durchlassspannung größer als die vorbestimmte Durchlassspannung ist.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und eine Diodeneinheit (22) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei die Diodeneinheit (22) ein Diodenelement (22a) und ein Diodenstromerfassungselement (22b) enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement (22b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement (22a) fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand (30), der mit dem Diodenstromerfassungselement (22b) gekoppelt ist; und erste und zweite Rückführungseinheiten (10, 41, 42), wobei die erste Rückführungseinheit (41) einen Entscheidungsschwellenwert bereitstellt, der definiert, ob sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) in einem Durchlasszustand befindet, wobei die erste Rückführungseinheit (41) eine Gatespannung des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) mit dem Entscheidungsschwellenwert vergleicht, wobei die erste Rückführungseinheit (41) einen ersten Diodenstromschwellenwert ausgibt, wenn die Gatespannung größer als der Entscheidungsschwellenwert ist, wobei der erste Diodenstromschwellenwert anzeigt, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) in dem Durchlasszustand befindet, wobei die erste Rückführungseinheit (41) einen zweiten Diodenstromschwellenwert ausgibt, wenn die Gatespannung gleich oder kleiner als der Entscheidungsschwellenwert ist, wobei der zweite Diodenstromschwellenwert anzeigt, dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) in einem Sperrzustand befindet, und wobei der zweite Diodenstromschwellenwert größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die zweite Rückführungseinheit (10, 42) eingegeben wird, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht, und wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) sich erhöht.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 17, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20) außerdem ein IGBT-Stromerfassungselement (21b) enthält, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) einen Strom proportional zu dem Strom des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) durchlässt, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) mit dem Erfassungswiderstand (30) gekoppelt ist, so dass der Strom, der durch das IGBT-Stromerfassungselement (21b) fließt, durch den Erfassungswiderstand (30) fließt, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) einen Überstromschwellenwert bereitstellt, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem Überstromschwellenwert vergleicht, wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, und wobei die zweite Rückführungseinheit (10, 42) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate (21) und eine Diodeneinheit (22) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate (21) einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und ein IGBT-Stromerfassungselement (21b) enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit (22) ein Diodenelement (22a) und ein Diodenstromerfassungselement (22b) enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement (22b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement (22a) fließt, durchlässt; einen Erfassungswiderstand (30), der mit dem IGBT-Stromerfassungselement (21b) und dem Diodenstromerfassungselement (22b) gekoppelt ist; eine IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43); und eine Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44), wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43) eingegeben wird, wobei die IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43) einen Überstromschwellenwert bereitstellt, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, wobei die IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43) eine Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem Überstromschwellenwert vergleicht, wobei die IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder kleiner als der Überstromschwellenwert ist, wobei die IGBT-Rückführungseinheit (11, 13, 43) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, wobei das Ansteuersignal außerdem von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) eingegeben wird, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement (22a) Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, bereitstellt, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht, und wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 44) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die Spannung zwischen zwei Enden des Erfassungswiderstands (30) erhöht.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (80); einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (20), der eine Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate (21) und eine Diodeneinheit (22) aufweist, die in dem Substrat (80) angeordnet sind, wobei die Bipolartransistoreinheit mit isoliertem Gate (21) einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) und ein IGBT-Stromerfassungselement (21b) enthält, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ein Gate enthält und mit einem Ansteuersignal, das in das Gate eingegeben wird, angesteuert wird, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (21b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, durchlässt, wobei die Diodeneinheit (22) ein Diodenelement (22a) und ein Diodenstromerfassungselement (22b) enthält und wobei das Diodenstromerfassungselement (22b) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch das Diodenelement (22a) fließt, durchlässt; einen ersten Erfassungswiderstand (31), der mit dem IGBT-Stromerfassungselement (21b) gekoppelt ist; einen zweiten Erfassungswiderstand (32), der mit dem Diodenstromerfassungselement (22b) gekoppelt ist; eine IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45); und eine Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46), wobei das Ansteuersignal von einer externen Einheit in die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) eingegeben wird, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) einen ersten Überstromschwellenwert, der definiert, ob ein Überstrom durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) fließt, und einen zweiten Überstromschwellenwert, der kleiner als der erste Überstromschwellenwert ist, bereitstellt, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) eine erste Spannung zwischen zwei Enden des ersten Erfassungswiderstands (31) mit dem ersten Überstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die erste Spannung erhöht, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der erste Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung erhöht, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) die erste Spannung mit dem zweiten Überstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die erste Spannung verringert, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die erste Spannung größer als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert, wobei die IGBT-Schmitt-Einheit (11, 13, 45) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die erste Spannung gleich oder kleiner als der zweite Überstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die erste Spannung verringert, wobei das Ansteuersignal außerdem von der externen Einheit in die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) eingegeben wird, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) einen ersten Diodenstromschwellenwert, der definiert, ob das Diodenelement (22a) Strom durchlässt, und einen zweiten Diodenstromschwellenwert, der größer als der erste Diodenstromschwellenwert ist, bereitstellt, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) eine zweite Spannung zwischen zwei Enden des zweiten Erfassungswiderstands (32) mit dem ersten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die zweite Spannung verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der erste Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) die zweite Spannung mit dem zweiten Diodenstromschwellenwert vergleicht, wenn sich die zweite Spannung verringert, wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) das Weiterreichen des Ansteuersignals an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) anhält, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) ausschaltet, wenn die zweite Spannung kleiner als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht, und wobei die Dioden-Schmitt-Einheit (12, 13, 46) das Ansteuersignal an das Gate des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (21a) weiterreicht, so dass sich der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (21a) einschaltet, wenn die zweite Spannung gleich oder größer als der zweite Diodenstromschwellenwert in einem Fall ist, in dem sich die zweite Spannung erhöht.
Halbleitervorrichtung, die aufweist: ein Halbleitersubstrat (710), das einen ersten Leitungstyp aufweist, eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche aufweist, und einen Hauptbereich (730) und einen Erfassungsbereich (750) enthält, wobei ein Bereich des Erfassungsbereiches (750) auf der ersten Hauptfläche kleiner als der Hauptbereich (730) ist; einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate mit eingebauter Diode (731, 732), der einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate (731) und eine Freilaufdiode (732) aufweist, die in dem Hauptbereich (730) des Substrats (710) angeordnet sind, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (731) eine Gateelektrode (712) aufweist und mit einem Ansteuersignal, das in die Gateelektrode (712) eingegeben wird, angesteuert wird; und ein Diodenstromerfassungselement (752), das in dem Erfassungsbereich (750) des Substrats (710) angeordnet ist, wobei die Freilaufdiode (732) eine FWD-Anode (711), die einen zweiten Leitungstyp aufweist, und eine FWD-Kathode (715) enthält, die den ersten Leitungstyp aufweist, wobei die FWD-Anode (711) durch einen ersten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches (730) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche bereitgestellt wird und eine Basis (711) des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (731) bereitstellt, wobei die FWD-Kathode (715) in einem zweiten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches (730) in dem Substrat (710) auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, wobei der Bipolartransistor mit isoliertem Gate (731) einen Kollektor (714), der in einem dritten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches (730) in dem Substrat (710) auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, der sich von dem zweiten Oberflächenabschnitt unterscheidet, enthält, wobei das Diodenstromerfassungselement (752) eine Erfassungselementanode (720, 727b), die den zweiten Leitungstyp aufweist, enthält, wobei die Erfassungselementanode (720, 727b) in einem vierten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist, und wobei das Diodenstromerfassungselement (752) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch die Freilaufdiode (732) fließt, durchlässt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Diodenstromerfassungselement (752) außerdem eine Erfassungselementkathode (722) enthält, die den ersten Leitungstyp aufweist, wobei die Erfassungselementkathode (722) in einem fünften Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, und wobei die Erfassungselementkathode (722) von der Basis (711) des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (731) um einen vorbestimmten Abstand entlang einer Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Erfassungselementanode (720) unmittelbar über der Erfassungselementkathode (722) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Diodenstromerfassungselement (752) außerdem eine Erfassungselementkathode (722) enthält, die den ersten Leitungstyp aufweist, und wobei die FWD-Kathode (715) die Erfassungselementkathode (722) bereitstellt.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei die Gateelektrode (712) in einem Gategraben auf einem Isolierfilm angeordnet ist, wobei der Gategraben in dem ersten Oberflächenabschnitt des Hauptbereiches (730) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist und die Ba sis (711) des Bipolartransistors mit isoliertem Gate (731) durchdringt, so dass der Gategraben das Substrat (710) erreicht, wobei das Diodenstromerfassungselement (752) außerdem eine Dummy-Gateelektrode (725) enthält, die elektrisch geerdet ist, wobei die Dummy-Gateelektrode (725) in einem Dummy-Gategraben auf einem Isolierfilm angeordnet ist, und wobei der Dummy-Gategraben in dem vierten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist und die Erfassungselementanode (720) des Diodenstromerfassungselements (752) durchdringt, so dass der Dummy-Gategraben das Substrat (710) erreicht.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, die außerdem aufweist: ein IGBT-Stromerfassungselement (751), das in dem Erfassungsbereich (750) des Substrats (710) angeordnet ist, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (751) eine Erfassungselementbasis (717), die den zweiten Leitungstyp aufweist, eine Erfassungselementgateelektrode (718), einen Erfassungselementemitter (719), der den ersten Leitungstyp aufweist, und einen Erfassungselementkollektor (721), der den zweiten Leitungstyp aufweist, enthält, wobei die Erfassungselementbasis (717) durch einen sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche bereitgestellt wird, wobei die Erfassungselementgateelektrode (718) in einem Erfassungselementgategraben auf einem Isolierfilm angeordnet ist, wobei der Erfassungselementgategraben in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist und die Erfassungselementbasis (717) des IGBT-Stromerfassungselements (751) durchdringt, so dass der Erfassungselementgategraben das Substrat (710) erreicht, wobei der Erfassungselementemitter (719) in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet und benachbart zu dem Erfassungselementgategraben ist, wobei der Erfassungselementkollektor (721) in einem siebten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, und wobei das IGBT-Stromerfassungselement (751) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (731) fließt, durchlässt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 26, wobei die Erfassungselementkathode (722) des Diodenstromerfassungselements (752) von der Erfassungselementbasis (717) des IGBT-Stromerfassungselements (751) um einen vorbestimmten Abstand entlang der Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 22, die außerdem aufweist: ein IGBT-Stromerfassungselement (751), das in dem Erfassungsbereich (750) des Substrats (710) angeordnet ist, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (751) eine Erfassungselementbasis (727), die den zweiten Leitungstyp aufweist, eine Erfassungselementgateelektrode (718), einen Erfassungselementemitter (719), der den ersten Leitungstyp aufweist, und einen Erfassungselementkollektor (721), der den zweiten Leitungstyp aufweist, enthält, wobei die Erfassungselementbasis (727) durch einen sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche bereitgestellt wird, wobei die Erfassungselementgateelektrode (718) in einem Erfassungselementgategraben auf einem Isolierfilm angeordnet ist, wobei der Erfassungselementgategraben in einer Mitte des sechsten Oberflächenabschnitts des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet ist und die Erfassungselementbasis (727) des IGBT-Stromerfassungselements (751) durchdringt, so dass der Erfassungselementgategraben das Substrat (710) erreicht, wobei der Erfassungselementemitter (719) in dem sechsten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der ersten Hauptfläche angeordnet und benachbart zu dem Erfassungselementgategraben ist, wobei der Erfassungselementkollektor (721) in einem siebten Oberflächenabschnitt des Erfassungsbereiches (750) in dem Substrat (710) auf der zweiten Hauptfläche angeordnet ist, wobei das IGBT-Stromerfassungselement (751) einen Strom proportional zu einem Strom, der durch den Bipolartransistor mit isoliertem Gate (731) fließt, durchlässt, wobei die Erfassungselementbasis (727) einen Teil enthält, der an einem Umfang um die Mitte des sechsten Oberflächenabschnitts angeordnet ist, wobei der Teil der Erfassungselementbasis (727) die Erfassungselementanode (727b) bereitstellt, und wobei die Erfassungselementkathode (722) von der Erfassungselementbasis (727) um einen vorbestimmten Abstand entlang der Richtung parallel zu der ersten Hauptfläche getrennt ist.