DE102012216648B4 - Elektronische Schaltung mit einem Transistor mit einer Verarmungssteuerstruktur und Verfahren zum Betreiben eines Transistors - Google Patents

Elektronische Schaltung mit einem Transistor mit einer Verarmungssteuerstruktur und Verfahren zum Betreiben eines Transistors Download PDF

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Abstract

Elektronische Schaltung, die ein Transistorbauelement (10), das in einem Rückwärtsbetriebszustand betrieben werden kann, und eine Steuerschaltung (50) aufweist, wobei das Transistorbauelement (10) aufweist:
ein Sourcegebiet (13), ein Draingebiet (14), ein Bodygebiet (12) und ein Driftgebiet (11);
eine Sourceelektrode (21, 21'), die elektrisch an das Sourcegebiet (13) angeschlossen ist;
einen pn-Übergang, der zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) gebildet ist;
eine Gateelektrode (31) benachbart zu dem Bodygebiet (12) und dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet (12) isoliert;
eine Verarmungssteuerstruktur (40) benachbart zu dem Driftgebiet (11), wobei die Verarmungssteuerstruktur (40) einen Steueranschluss (C) aufweist und dazu ausgebildet ist, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet (11) zu erzeugen;
ein Klemmelement (7), das zwischen das Driftgebiet (11) und das Bodygebiet (12) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, im Rückwärtsbetriebszustand die Spannung zwischen dem Driftgebiet (11) und dem Bodygebiet (12) auf eine Spannung unterhalb einer Flussspannung des pn-Übergangs zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) zu begrenzen,
wobei die Steuerschaltung (50) an den Steueranschluss (C) der Verarmungssteuerstruktur (40) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, die Verarmungssteuerstruktur (40) so anzusteuern, dass sie ein Verarmungsgebiet erzeugt, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.

Description

  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung betreffen einen Leistungstransistor, insbesondere einen Leistungs-MOSFET.
  • Ein Leistungs-MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) umfasst ein Sourcegebiet, ein Bodygebiet, ein Driftgebiet und ein Draingebiet. Das Bodygebiet ist zwischen dem Sourcegebiet und dem Driftgebiet angeordnet. Das Driftgebiet ist zwischen dem Bodygebiet und dem Draingebiet angeordnet und grenzt an das Bodygebiet an, und ein pn-Übergang ist zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet ausgebildet. Ein Leistungs-MOSFET umfasst außerdem eine Gateelektrode, die dielektrisch gegenüber Halbleitergebieten des Transistors isoliert ist und die dazu ausgebildet ist, einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet zwischen dem Sourcegebiet und dem Driftgebiet zu steuern. Die Dotierungstypen des Sourcegebiets, des Bodygebiets und des Driftgebiets sind derart, dass diese Halbleitergebiete einen parasitären Bipolartransistor bilden, der bei einem n-leitenden MOSFET ein npn-Transistor und bei einem p-leitenden MOSFET ein pnp-Transistor ist.
  • Um zu verhindern, dass dieser parasitäre Transistor einen negativen Einfluss auf die Funktionsweise des MOSFET hat, ist es allgemein bekannt, das Sourcegebiet und das Bodygebiet kurzzuschließen. Hierdurch umfasst der MOSFET allerdings nur einen pn-Übergang, der in Rückwärtsrichtung gepolt werden kann, nämlich der pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet. Ein herkömmlicher MOSFET ist daher nur in der Lage, zu sperren, wenn eine Spannung zwischen dem Sourcegebiet und dem Draingebiet angelegt wird, das den pn-Übergang in Sperrrichtung polt, während der MOSFET leitet - unabhängig von der Ansteuerung der Gateelektrode, wenn eine Spannung zwischen das Sourcegebiet und das Draingebiet angelegt wird, die den pn-Übergang vorwärts polt. Dieser pn-Übergang ist auch als Bodydiode bekannt.
  • Wenn die Bodydiode in Vorwärtsrichtung gepolt ist, akkumuliert sich ein Ladungsträgerplasma hauptsächlich in dem Driftgebiet. Wenn die Bodydiode anschließend in Sperrrichtung gepolt wird, leitet der MOSFET immer noch, bis das Ladungsträgerplasma entfernt wurde. Dadurch kann die Bodydiode die Schaltverluste des MOSFET erhöhen und die Schaltgeschwindigkeit verringern.
  • Außerdem gibt es Anwendungen, wie beispielsweise Matrix-Umrichter (engl.: Matrix Converters), bei denen eine Rückwärtsleitung eines MOSFET höchst unerwünscht ist.
  • Die US 7 875 951 B2 beschreibt ein als MOSFET oder IGBT ausgebildetes Halbleiterbauelement, das mehrere p-Gebiete in einem n-dotierten Driftgebiet aufweist. Die p-Gebiete sind über einen Widerstand an einen Drainanschluss des Halbleiterbauelements angeschlossen und sollen bei sperrendem Bauelement die Ausbreitung einer Raumladungszone in dem Driftgebiet bewirken.
  • Die US 8 022 474 B2 beschreibt einen MOSFET mit einer Sourceelektrode, einem in einem Bodygebiet angeordneten Sourcegebiet und einem an das Bodygebiet angrenzenden Driftgebiet. Das Sourcegebiet und das Driftgebiet sind vom selben Dotierungstyp, das Bodygebiet ist komplementär zu dem Sourcegebiet und dem Driftgebiet dotiert. Die Sourceelektrode ist an das Sourcegebiet und das Bodygebiet angeschlossen, so dass zwischen der Sourceelektrode und dem Driftgebiet eine interne Bodydiode gebildet ist, die einen pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet umfasst.
  • Die DE 10 2007 004 091 A1 beschreibt einen MOSFET mit einem Driftgebiet und einem benachbart zu dem Driftgebiet angeordneten und dielektrisch gegenüber dem Driftgebiet isolierten Driftsteuergebiet. Das Driftsteuergebiet ist über eine Spannungsbegrenzungsschaltung an einen Drainanschluss des MOSFET gekoppelt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine elektronische Schaltung mit einem Transistor zur Verfügung zu stellen, bei der die zuvor erläuterten Probleme vermieden werden, und ein Verfahren zum Ansteuern eines Transistorbauelements zur Verfügung zu stellen.
  • Diese Aufgaben werden durch eine elektronische Schaltung gemäß Anspruch 1 und durch ein Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst.
  • Ein erstes Ausführungsbeispiel betrifft eine elektronische Schaltung mit einem Transistorbauelement und einer Steuerschaltung. Das Transistorbauelement kann in einem Rückwärtsbetriebszustand betrieben werden und umfasst ein Sourcegebiet, ein Draingebiet, ein Bodygebiet und ein Driftgebiet, eine Sourceelektrode, die elektrisch an das Sourcegebiet und das Bodygebiet angeschlossen ist, einen zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet ausgebildeten pn-Übergang, eine Gateelektrode, die benachbart zu dem Bodygebiet angeordnet ist und die dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet isoliert ist, und eine Verarmungssteuerstruktur, die benachbart zu dem Driftgebiet angeordnet ist. Die Verarmungssteuerstruktur weist einen Steueranschluss auf und ist dazu ausgebildet, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet zu erzeugen. Das Transistorbauelement umfasst außerdem ein Klemmelement, das zwischen das Driftgebiet und das Bodygebiet gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, im Rückwärtsbetriebszustand die Spannung zwischen dem Driftgebiet und dem Bodygebiet auf eine Spannung unterhalb einer Flussspannung des pn-Übergangs zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet zu begrenzen. Die Steuerschaltung ist an den Steueranschluss der Verarmungssteuerstruktur gekoppelt und ist dazu ausgebildet, die Verarmungssteuerstruktur anzusteuern, das Verarmungsgebiet zu erzeugen, wenn das Transistorbauelement im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements. Das Transistorbauelement kann in einem Rückwärtsbetriebszustand betrieben werden und umfasst ein Sourcegebiet, ein Draingebiet, ein Bodygebiet und ein Driftgebiet, eine Sourceelektrode, die elektrisch an das Sourcegebiet und das Bodygebiet angeschlossen ist, einen pn-Übergang, der zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet gebildet ist, eine Gateelektrode, die benachbart zu dem Bodygebiet angeordnet ist und die dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet isoliert ist, und eine Verarmungssteuerstruktur, die benachbart zu dem Driftgebiet angeordnet ist, einen Steueranschluss aufweist und dazu ausgebildet ist, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet zu erzeugen. Das Transistorbauelement umfasst außerdem ein Klemmelement, das zwischen das Driftgebiet und das Bodygebiet gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, im Rückwärtsbetriebszustand die Spannung zwischen dem Driftgebiet und dem Bodygebiet auf eine Spannung unterhalb einer Flussspannung des pn-Übergangs zwischen dem Bodygebiet und dem Driftgebiet zu klemmen. Das Verfahren umfasst das Ansteuern der Verarmungssteuerstruktur dahingehend, dass sie das Verarmungsgebiet erzeugt, wenn das Transistorbauelement im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  • Beispiele werden nun anhand von Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen dienen zur Erläuterung des Grundprinzips, sodass nur solche Aspekte, die zum Verständnis des Grundprinzips notwendig sind, dargestellt sind. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgerecht. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale.
    • 1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung, die ein vertikales Transistorbauelement mit einer Trench-Gateelektrode und einer Verarmungssteuerstruktur aufweist, und die eine an die Verarmungssteuerstruktur gekoppelte Steuerschaltung aufweist.
    • 2 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements mit einer MOS Gated Diode als Klemmelement.
    • 3 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements mit einer Schottky-Diode als Klemmelement.
    • 4 veranschaulicht eine horizontale Querschnittsdarstellung des Transistorbauelements.
    • 5 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorselements mit einer planaren Gateelektrode und einer Verarmungssteuerstruktur.
    • 6 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines lateralen Transistorbauelements mit einer Verarmungssteuerstruktur.
    • 7 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements mit einer Verarmungssteuerstruktur mit einer Feldelektrode und einem Feldelektrodendielektrikum.
    • 8 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Steuerschaltung.
    • 9 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements, das eine Verarmungssteuerstruktur mit einem Driftsteuergebiet und einem Driftsteuergebietdielektrikum umfasst.
    • 10 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements, das eine Verarmungssteuerstruktur mit einem komplementär zu dem Driftgebiet dotierten Gebiet umfasst.
    • 11 veranschaulicht ein Ersatzschaltbild der elektronischen Schaltung gemäß der 1 und 2 bis 7.
    • 12 veranschaulicht ein elektrisches Ersatzschaltbild einer elektronischen Schaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • In der nachfolgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Selbstverständlich können Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • 1 veranschaulicht ein erstes Ausführungsbeispiel einer elektronischen Schaltung mit einem Transistorbauelement 10 und einer Steuerschaltung 50. In 1 ist eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Teils des Transistorbauelements 10 gezeigt. Die Steuerschaltung 50, die an einen Steueranschluss C des Transistorbauelements 10 gekoppelt ist, ist als Funktionsblock dargestellt. Das Funktionsprinzip der Steuerschaltung 50 ist weiter unten im Detail beschrieben.
  • Das Transistorbauelement 10 umfasst einen Halbleiterkörper 100. Der Halbleiterkörper 100 kann ein herkömmliches Halbleitermaterial, wie beispielsweise Silizium (Si), Siliziumcarbid (SiC), Galliumarsenid (GaAs), oder Ähnliches aufweisen. Der Halbleiterkörper 100 weist außerdem eine erste Oberfläche 101 und eine zweite Oberfläche 102 gegenüberliegend zu der ersten Oberfläche 101 auf. 1 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 100, also eine Querschnittsdarstellung in einer vertikalen Schnittebene, die senkrecht zu den ersten und zweiten Oberflächen 101, 102 verläuft.
  • Im Halbleiterkörper 100 sind aktive Gebiete des Transistorbauelements 10 integriert, das bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 als MOS-Transistor ausgebildet ist, wie beispielsweise als MOSFET oder als IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Diese aktiven Transistorgebiete umfassen ein Driftgebiet 11, ein Bodygebiet 12, ein Sourcegebiet 13 und ein Draingebiet 14. Das Bodygebiet 12 ist zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 angeordnet, und das Driftgebiet 11 ist zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Draingebiet 14 angeordnet. Das Bodygebiet 12 ist komplementär zu dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 dotiert, sodass ein pn-Übergang 15 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 gebildet ist. Bei einem als MOSFET ausgebildeten Transistor weist das Draingebiet 14 denselben Dotierungstyp wie das Driftgebiet 11 auf, während bei einem als IGBT ausgebildeten Transistor das Draingebiet 14 komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiert ist. Das Draingebiet 14 kann an das Driftgebiet 11 angrenzen. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist ein Feldstoppgebiet (nicht dargestellt) desselben Dotierungstyps wie das Driftgebiet 11, jedoch höher dotiert als das Driftgebiet 11, zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Draingebiet 14 angeordnet.
  • Ein weiterer pn-Übergang ist zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Bodygebiet 12 gebildet. Dieser pn-Übergang kann nicht elektrisch aktiv sein, wenn das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 13 elektrisch an eine Sourceelektrode 21 angeschlossen sind, die den Sourceanschluss des Transistorbauelements 10 bildet oder an diesen angeschlossen ist. Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sourceelektrode 21 auf der ersten Oberfläche 101 angeordnet. Bezug nehmend auf das im rechten Teil der 1 Dargestellte können sich Abschnitte des Bodygebiets 12 bis an die erste Oberfläche 101 erstrecken, wo sie elektrisch an die Sourceelektrode 21 angeschlossen sind. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das im linken Teil der 1 dargestellt ist, kann die Sourceelektrode 21 einen Elektrodenabschnitt 21' aufweisen, der sich durch das Sourcegebiet 13 in das Bodygebiet 12 erstreckt, um das Sourcegebiet 13 und das Bodygebiet 12 zu kontaktieren. Dies sind allerdings nur zwei von mehreren unterschiedlichen Möglichkeiten, die Source- und Bodygebiete 13, 12 an die Sourceelektrode 21 anzuschließen.
  • Ein Drainanschluss D des Transistorbauelements 10 kann durch eine Drainelektrode 22 gebildet sein, die elektrisch an die Drainelektrode 14 angeschlossen ist.
  • Das Transistorbauelement 10 umfasst außerdem eine Gateelektrode 31, die benachbart zu dem Bodygebiet 12 angeordnet ist und die durch ein Gatedielektrikum 32 dielektrisch gegenüber dem Halbleiterkörper 100 isoliert ist. Die Gateelektrode 31 ist elektrisch an einen Gateanschluss G des Transistorbauelements 10 angeschlossen oder bildet diesen. Die Gateelektrode 31 gemäß 1 ist als Trench-Gateelektrode ausgebildet, was bedeutet, dass die Gateelektrode 31 in einem Graben (engl.: Trench) angeordnet ist, der sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterkörper 100 erstreckt. Der Graben mit der Gateelektrode 31 erstreckt sich durch das Bodygebiet 12 bis an oder in das Driftgebiet 11. In herkömmlich bekannter Weise dient die Gateelektrode 31 dazu, einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 entlang des Gatedielektrikums 32 zu steuern.
  • Das Transistorbauelement 10 gemäß 1 ist als vertikaler Transistor ausgebildet, was bedeutet, dass das Sourcegebiet 13 und das Draingebiet 14 in der vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zueinander angeordnet sind und dass eine Stromflussrichtung eines durch das Driftgebiet 11 fließenden Laststromes, wenn sich das Transistorbauelement in einem Ein-Zustand befindet, die vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 100 ist.
  • Das Transistorbauelement 10 kann als n-leitender MOSFET oder als p-leitender MOSFET ausgebildet sein und kann als Enhancement-MOSFET oder als Depletion-MOSFET ausgebildet sein. Bei einem n-leitenden MOSFET sind das Sourcegebiet 13, das Driftgebiet 11 und das Draingebiet 14 n-dotiert, während das Bodygebiet 12 p-dotiert ist. Bei einem p-leitenden MOSFET sind das Sourcegebiet 13, das Driftgebiet 11 und das Draingebiet 14 p-dotiert, während das Bodygebiet 12 n-dotiert ist. Bei einem Enhancement-MOSFET grenzt das Bodygebiet 12 an das Gatedielektrikum 32 an. Bei dieser Art von MOSFET dient die Gateelektrode 31 dazu, einen Inversionskanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 zu steuern. Bei einem Depletion-MOSFET erstreckt sich ein Kanalgebiet 16 (in 1 in gestrichelten Linien dargestellt) desselben Dotierungstyps wie das Sourcegebiet 13 und das Driftgebiet 11 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 entlang des Gatedielektrikums 32. Bei dieser Art von MOSFET dient die Gateelektrode 31 dazu, das Kanalgebiet 16 durch Steuern eines Verarmungsgebiets in dem Kanalgebiet 16 zu unterbrechen. Das Transistorbauelement 10 könnte auch als IGBT ausgebildet sein, wobei sich ein IGBT von einem MOSFET dadurch unterscheidet, dass das Draingebiet 14 (das bei einem IGBT auch als Kollektorgebiet bezeichnet wird) komplementär zu dem Driftgebiet 11 und dem Sourcegebiet 13 (das bei einem IGBT auch als Emittergebiet bezeichnet wird) dotiert ist und den Dotierungstyp des Bodygebiets 12 aufweist. Üblicherweise ist das Sourcegebiet 13 und das Driftgebiet 11 bei einem IGBT n-dotiert, während das Bodygebiet 12 und das Draingebiet 14 p-dotiert sind.
  • Das grundsätzliche Funktionsprinzip des Transistorbauelements 10 gemäß 1 ist das grundsätzliche Funktionsprinzip eines herkömmlichen MOSFET oder IGBT. Die Ansteuerpotenziale der Gateansteuersignale, die an den Gateanschluss G angelegt werden, um das Transistorbauelement 10 ein- oder auszuschalten, sind abhängig vom speziellen Typ des Transistorbauelements 10. Nur zu Zwecken der Erläuterung wird das Funktionsprinzip eines n-leitenden Enhancement-MOSFET oder -IGBT erläutert. Das Funktionsprinzip eines p-leitenden Enhancement-MOSFET entspricht dem Funktionsprinzip eines n-leitenden MOSFET, wobei die Polaritäten der nachfolgend erläuterten Spannungen vertauscht werden müssen.
  • Das an die Gateelektrode 31 angelegte Ansteuerpotenzial kann durch eine Gate-Ansteuerschaltung 60, die an den Gateanschluss G gekoppelt ist, bereitgestellt werden. Die Gate-Ansteuerschaltung 60 ist dazu ausgebildet, einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 entlang des Gatedielektrikums 32 abhängig von einem Steuersignal SIN durch geeignetes Bereitstellen des Ansteuersignals zu erzeugen. Beispielsweise bei einem n-leitenden Enhancement-MOSFET legt die Gate-Ansteuerschaltung 60 die Gateelektrode 31 auf ein positives Potenzial bezogen auf das Sourcepotenzial, um einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 zu erzeugen und dadurch den MOSFET einzuschalten. Um den MOSFET auszuschalten, wird das Gatepotenzial so erzeugt, dass es nicht hoch genug ist, um den leitenden Kanal zu erzeugen.
  • Ein n-leitender MOSFET oder ein IGBT ist in der Lage, eine positive Spannung, die zwischen den Drainanschluss D und den Sourceanschluss S angelegt wird, zu sperren. Eine positive Spannung ist eine Spannung, die ein positives Potenzial an dem Drainanschluss D und ein negatives Potenzial bzw. Referenzpotenzial an dem Sourceanschluss S aufweist. Der MOSFET sperrt (ist in einem Aus-Zustand), wenn die Gateelektrode 31 derart angesteuert wird, dass kein leitender Kanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 vorhanden ist. Dies kann erreicht werden durch Anlegen einer Gateansteuerspannung zwischen dem Gateanschluss G und dem Sourceanschluss S, die unterhalb einer Schwellenspannung (VTH) des MOSFET liegt. Wenn eine positive Spannung zwischen dem Drainanschluss D und dem Sourceanschluss S angelegt wird und der MOSFET sperrt, breitet sich ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 beginnend an dem pn-Übergang 15 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Bodygebiet 12 aus. Eine Dotierungskonzentration und eine Länge des Driftgebiets 11 definiert hauptsächlich die Spannungsfestigkeit des MOSFET. Die Länge des Driftgebiets 11 ist die Abmessung des Driftgebiets 11 in der Stromflussrichtung. Die Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 ist beispielsweise zwischen 1012cm-3 und 1018cm-3, die Dotierungskonzentration des Bodygebiets 12 ist beispielsweise zwischen 1015cm-3 und 1019cm-3, und die Dotierungskonzentration des Sourcegebiets 13 und des Driftgebiets 14 ist beispielsweise zwischen 1019cm-3 und 1023cm-3.
  • Ein Betriebszustand, bei dem der pn-Übergang 15 in Rückwärtsrichtung gepolt ist, wird nachfolgend als Vorwärtsbetrieb des MOSFET bezeichnet. Ein n-leitender MOSFET oder IGBT ist im Vorwärtsbetrieb, wenn eine positive Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt, und ein p-leitender MOSFET ist im Vorwärtsbetrieb, wenn eine negative Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt.
  • Ein als MOSFET ausgebildetes Transistorbauelement 10 kann - unabhängig von einer an die Gateelektrode G angelegten Gateansteuerspannung - leiten, wenn eine Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt, die den pn-Übergang 15 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 in Flussrichtung polt. Bei einem n-leitenden MOSFET ist die zwischen die Drain- und Sourceanschlüsse D, S anzulegende Spannung, um den pn-Übergang 15 in Flussrichtung zu polen, eine negative Spannung zwischen Drain D und Source S (eine positive Spannung zwischen Source S und Drain D), und bei einem p-leitenden MOSFET ist die Spannung, die den pn-Übergang 15 in Flussrichtung polt, eine positive Spannung zwischen Drain D und Source S (eine negative Spannung zwischen Source S und Drain D). Der pn-Übergang 15 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 bildet eine Diode, die allgemein als Bodydiode bekannt ist. Das elektrische Symbol dieser Diode ist in 1 schematisch für einen n-leitenden Transistor dargestellt.
  • MOSFETs, wie beispielsweise ein in 1 dargestellter Leistungs-MOSFET, sind in einer Vielzahl von verschiedenen Anwendungen als elektronische Schalter weitverbreitet. Während es Anwendungen gibt, bei denen das Vorhandensein der Bodydiode hilfreich ist und bei denen die Bodydiode als Freilaufelement verwendet wird, gibt es Anwendungen, bei denen die Bodydiode nicht erwünscht ist, was bedeutet, dass es nicht erwünscht ist, dass der MOSFET einen Strom leitet, wenn eine Spannung zwischen die Drain- und Sourceanschlüsse D, S angelegt wird, die die Bodydiode in ihrer Flussrichtung polt.
  • Ein Betriebszustand des Transistorbauelements 10, bei dem eine Drain-Source-Spannung zwischen die Drain- und Sourceanschlüsse D, S angelegt wird, die eine Polarität aufweist, die sich von der Polarität der Drain-Source-Spannung im Vorwärtsbetriebszustand unterscheidet, wird nachfolgend als Rückwärtsbetrieb des MOSFET bezeichnet. Ein n-leitender MOSFET oder ein IGBT ist im Rückwärtsbetriebszustand, wenn die zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegende Drain-Source-Spannung eine negative Spannung ist, wenn ein p-leitender MOSFET im Rückwärtsbetriebszustand ist, wenn die zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegende Drain-Source-Spannung eine positive Spannung ist. Die Drain-Source-Spannung im Rückwärtsbetriebszustand besitzt eine Polarität, die den pn-Übergang (die Bodydiode) zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 in Flussrichtung polt. Diese Spannung im Rückwärtsbetriebszustand wird nachfolgend als Rückwärtsspannung bezeichnet. Allerdings können Bezug nehmend auf die nachfolgende Beschreibung Maßnahmen getroffen werden, die verhindern, dass die Drain-Source-Spannung im Rückwärtsbetriebszustand eine Amplitude erreicht, die bewirkt, dass der pn-Übergang einen Strom leitet. Eine Stromleitung eines MOSFET, wenn er im Rückwärtsbetrieb betrieben wird, wird nachfolgend als Rückwärtsleiten bezeichnet.
  • Das Rückwärtsleiten eines herkömmlichen MOSFET resultiert aus dem elektrischen Anschließen des Sourcegebiets, wie beispielsweise des Sourcegebiets 13 gemäß 1, und des Bodygebiets, wie beispielsweise des Bodygebiets 12 gemäß 1, an die Sourceelektrode, wie beispielsweise die Sourceelektrode 21 in 1. Hierdurch sind das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 13 kurzgeschlossen, sodass ein parasitärer Bipolartransistor, der durch das Driftgebiet 11, das Bodygebiet 12 und das Sourcegebiet 13 gebildet ist, und der grundsätzlich bei ausgeschaltetem MOSFET das Sperren zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegender positiver und negativer Spannungen ermöglichen würde, zu der Bodydiode degradiert ist, die nur sperrt, wenn der MOSFET im Vorwärtsbetriebszustand ist. Der MOSFET könnte auch als in Rückwärtsrichtung sperrender (Reverse Blocking, RB) MOSFET ausgebildet sein, bei dem kein Kurzschluss zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Bodygebiet 12 vorhanden ist, sodass es dort einen wirksamen pn-Übergang zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Bodygebiet 12 gibt. Allerdings ist aufgrund relativ hoher Dotierungskonzentrationen des Sourcegebiets 13 und des Bodygebiets 12 eine Spannungsfestigkeit dieses pn-Übergangs eher gering und für viele Anwendungen zu gering. Es ist deshalb wünschenswert, die Bodydiode zu deaktivieren, um eine Rückwärtssperrfähigkeit zu erhalten oder um die Spannungsfestigkeit in Rückwärtsrichtung zu erhöhen.
  • Bezug nehmend auf 1 umfasst das Transistorbauelement 10 eine Verarmungssteuerstruktur 40, die benachbart zu dem Driftgebiet 11 angeordnet ist. Die Verarmungssteuerstruktur 40, die in 1 nur schematisch dargestellt ist, umfasst einen Steueranschluss C und ist dazu ausgebildet, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 abhängig von einem an dem Steueranschluss C anliegenden Ansteuersignal zu erzeugen. Dieses Verarmungsgebiet schnürt einen leitenden Kanal in dem Driftgebiet 11 zwischen dem Draingebiet 14 und dem Bodygebiet 12 ab, sodass die Verarmungssteuerstruktur 40 in der Lage ist, die Bodydiode zu „deaktivieren“. Wenn der leitende Kanal in dem Driftgebiet 11 abgeschnürt ist, fließt unabhängig von der Polarität einer Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S, kein Strom über die Bodydiode, sodass das Transistorbauelement 10 auch sperrt, wenn es im Rückwärtsbetriebszustand ist, also wenn eine Rückwärtsspannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt.
  • Die an den Steueranschluss C der Verarmungssteuerstruktur 40 gekoppelte Steuerschaltung 50 ist dazu ausgebildet, die Verarmungssteuerstruktur 40 so anzusteuern, dass ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 immer dann erzeugt wird, wenn eine Spannung (Drain-Source-Spannung) zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S anliegt, die den pn-Übergang 15 in Flussrichtung polt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel (in gestrichelten Linien dargestellt) erhält die Steuerschaltung 50 ein Spannungssignal SVDS, das eine Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S repräsentiert oder das wenigstens eine Polarität dieser Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S repräsentiert. Die Steuerschaltung 50 ist dazu ausgebildet, eine Polarität der Drain-Source-Spannung zu ermitteln und ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 zu erzeugen, wenn die Polarität der Drain-Source-Spannung derart ist, dass der pn-Übergang 15 in Flussrichtung gepolt ist.
  • Das Erzeugen eines Verarmungsgebiets in dem Driftgebiet 11 erfordert außerdem, dass die Injektion von Ladungsträgern aus dem Bodygebiet 12 in das Driftgebiet 11 verhindert wird, wenn das Bauelement in Rückwärtsrichtung betrieben wird. Diese Ladungsträger sind p-Ladungsträger (Löcher), wenn das Bodygebiet 12 p-dotiert ist, und n-Ladungsträger, wenn das Bodygebiet 12 n-dotiert ist. Das Bodygebiet 12 injiziert Ladungsträger in das Driftgebiet 11, wenn eine Spannung, die den pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 in Flussrichtung polt, eine Flussspannung des pn-Übergangs bzw. der Bodydiode erreicht. Bei dem Siliziumbauelement ist diese Flussspannung etwa 0,6 V.
  • Um zu verhindern, dass das Bodygebiet 12 Ladungsträger injiziert, das Transistorbauelement im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird, sind Maßnahmen ergriffen, die die Spannung zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 auf eine Spannung unterhalb der Flussspannung klemmen. Diese Maßnahmen können das Anschließen eines Klemmelements 7 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 umfassen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist dieses Klemmelement 7 eine unipolare Klemmdiode mit einer Flussspannung, die geringer ist als die Flussspannung der Bodydiode. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist diese Diode eine Schottky-Diode oder eine MOS Gated Diode (MGD).
  • 2 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines vertikalen Transistors, bei dem eine MGD als Klemmelement 7 ausgebildet ist. Es sei erwähnt, dass in 2 nur solche Abstände des Halbleiterkörpers 100 dargestellt sind, in denen die MGD ausgebildet ist. Die MGD umfasst außerdem eine Gateelektrode 71, die in einem Graben angeordnet ist, der sich durch die Source- und Bodygebiete 13, 12 in das Driftgebiet 11 erstreckt. Die weitere Gateelektrode 31 ist dielektrisch gegenüber diesen Gebieten durch ein weiteres Gatedielektrikum 72 isoliert. Dieses weitere Gatedielektrikum 72 kann dünner sein als das Gatedielektrikum des vertikalen Transistors, sodass eine Schwellenspannung der MGD niedriger ist als die Schwellenspannung des vertikalen Transistors. Die weitere Gateelektrode 71 ist elektrisch an das Sourcegebiet 13 bzw. den Sourceanschluss S angeschlossen. Die weitere Gateelektrode 71 erzeugt einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Sourcegebiet 13 jedes Mal dann, wenn das elektrische Potenzial des Driftgebiets 11 um mehr als die Schwellenspannung der MGD oberhalb des elektrischen Potenzials der Source- und Bodygebiete 13, 12 liegt. Die Schwellenspannung der MGD ist geringer als die Flussspannung der Bodydiode, sodass die MGD die Bodydiode überbrückt, bevor die Bodydiode in Flussrichtung betrieben wird.
  • 3 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines vertikalen Transistors, bei dem eine Schottky-Diode als Klemmelement 7 vorgesehen ist. Es sei erwähnt, dass in 3 nur solche Abschnitte des Halbleiterkörpers 100 dargestellt sind, in denen die Schottky-Diode angeordnet ist. Bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schottky-Diode zwischen dem Sourceanschluss S und das Driftgebiet 11 geschaltet. Die Schottky-Diode umfasst die Sourceelektrode 21 oder einen Abschnitt der Sourceelektrode 21', der sich durch die Source- und Bodygebiete 13, 12 an oder in das Driftgebiet 11 erstreckt. Die Sourceelektrode 21' umfasst ein Schottky-Metall wenigstens in solchen Bereichen, wo sie das Driftgebiet 11 kontaktiert. Optional umfasst das Driftgebiet 11 ein höher dotiertes Gebiet 73 desselben Dotierungstyps wie das Driftgebiet 11 in solchen Bereichen, wo die Sourceelektrode 21' das Driftgebiet 11 kontaktiert.
  • Nur zu Zwecken der Veranschaulichung ist eine zwischen das Bodygebiet 12 und das Driftgebiet 11 geschaltete Schottky-Diode 7 in 1 dargestellt. Wenn ein Kurzschluss zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Bodygebiet 12 vorhanden ist, kann die Klemmdiode 7 zwischen das Sourcegebiet 13 oder die Sourceelektrode 21 um das Driftgebiet 11 geschaltet werden. Die Klemmdiode 7 kann in demselben Halbleiterkörper 100 wie das Transistorbauelement 10 integriert sein.
  • Alternativ oder zusätzlich zu dem Vorsehen der Klemmdiode 7 kann die Spannung zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 geklemmt werden durch Ansteuern der Gateelektrode 31 derart, dass sie einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 zwischen dem Sourcegebiet 13 und dem Driftgebiet 11 erzeugt, wenn das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetriebszustand ist. Die Spannung, die über diesem leitenden Kanal abfällt, liegt unterhalb der Flussspannung der Bodydiode. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 50 auch an den Gateanschluss G gekoppelt und ist dazu ausgebildet, die Gateelektrode 31 so anzusteuern, dass sie einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 erzeugt, wenn die Steuerschaltung 50 die Verarmungssteuerstruktur 40 so ansteuert, dass die ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 erzeugt.
  • Ein Transistorbauelement 10, bei dem die Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S nur durch geeignetes Ansteuern der Gateelektrode 31 geklemmt ist, sodass kein zusätzliches Klemmelement vorhanden ist, kann im Rückwärtsbetriebszustand in zwei verschiedenen Unterbetriebszuständen betrieben werden: In einem ersten Unterbetriebszustand wird die Gateelektrode 31 so angesteuert, dass sie einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 erzeugt, um dadurch die Drain-Source-Spannung auf einen Wert unterhalb der Flussspannung der Bodydiode zu klemmen; in einem zweiten Unterbetriebszustand wird das Transistorbauelement 10 wie ein herkömmlicher Transistor im Rückwärtsbetriebszustand betrieben, das bedeutet, dass die Drain-Source-Spannung nicht geklemmt wird, sodass die Bodydiode einen Strom leitet. Im ersten Unterbetriebszustand funktioniert das Transistorbauelement 10 wie eine unipolare Diode, während das Transistorbauelement 10 im zweiten Unterbetriebszustand wie eine Bipolardiode funktioniert.
  • Ein IGBT weist wenigstens zwei elektrisch aktive pn-Übergänge auf, nämlich einen ersten pn-Übergang zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11, der die Bodydiode bildet, und einen zweiten pn-Übergang zwischen dem Driftgebiet 11 und dem Draingebiet 14. Da diese ersten und zweiten pn-Übergänge eine pnp- oder npn-Struktur bilden, leitet ein IGBT nicht, wenn er im Rückwärtsbetrieb betrieben wird, sodass auf den ersten Blick das Deaktivieren der Bodydiode in einem IGBT keine Auswirkung haben würde. Allerdings kann durch Deaktivieren der Bodydiode in einem IGBT die Rückwärtsspannungsfestigkeit des IGBT erhöht werden, sodass die zuvor im Zusammenhang mit einem MOSFET gemachten Erläuterungen auch für einen IGBT gelten.
  • Bezug nehmend auf 1 kann das Transistorbauelement 10 mehrere Transistorzellen aufweisen, die parallel geschaltet sind. In 1 ist eine zusätzliche Transistorzelle in gepunkteten Linien dargestellt. Jede Transistorzelle umfasst ein Sourcegebiet 13, ein Bodygebiet 12 und einen Abschnitt der Gateelektrode 31. Das Driftgebiet 11 und das Draingebiet 14 können den einzelnen Transistorzellen gemeinsam sein. Das Sourcegebiet 13 jeder Transistorzelle ist an den Sourceanschluss angeschlossen und der Gateelektrodenabschnitt 31 jeder Transistorzelle ist elektrisch an den Gateanschluss G angeschlossen. In 1 sind vier Transistorzellen dargestellt, wobei zwei benachbarte Transistorzellen sich einen Gateelektrodenabschnitt 31 teilen. Bezug nehmend auf 1 kann jede Transistorzelle eine Verarmungssteuerstruktur 40 aufweisen, wobei eine Verarmungssteuerstruktur zwei benachbarten Transistorzellen gemeinsam sein kann.
  • Die einzelnen Transistorzellen können eine herkömmliche Transistorzellentopologie aufweisen. Lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung ist eine mögliche Topologie, nämlich eine Streifentopologie, der Transistorzellen in 4 dargestellt. 4 zeigt eine horizontale Querschnittsdarstellung des Halbleiterkörpers 100 in einer horizontalen Schnittebene I-I, die in 1 dargestellt ist und die durch das Bodygebiet 12, das Sourcegebiet 13 und die Gateelektrode 31 von zwei Zellen schneidet. Wie anhand von 4 ersichtlich ist, besitzen die Bodygebiete 12, die Sourcegebiete 13 und die Gateelektrodenabschnitte 31 eine langgestreckte oder streifenförmige Geometrie. Es sei erwähnt, dass 4 nur einen Abschnitt des Halbleiterkörpers 100 zeigt. Der Halbleiterkörper 100 kann außerdem einen Verbindungsgraben mit einer Gateverbindungselektrode aufweisen, die senkrecht zu den Gateelektrodenabschnitten 31 gemäß 1 verläuft. Diese Gateverbindungselektrode ist elektrisch an die Gateelektrodenabschnitte in den einzelnen Gräben angeschlossen und ist beispielsweise elektrisch an den Gateanschluss G angeschlossen. Außerdem kann der Halbleiterkörper 100 Abschnitte aufweisen, in denen die Gatesteuerstruktur oder eine Kontaktelektrode der Gatesteuerstruktur 40 sich bis an die erste Oberfläche 101 erstreckt, um die Gatesteuerstruktur 40 an die Steuerschaltung 50 zu schließen. Diese elektrische Verbindung ist in 1 nur schematisch dargestellt. Außerdem kann die Topologie der Zellenstruktur und der Verarmungssteuerstruktur unterschiedlich sein, beispielsweise kann erstere eine Streifentopologie und zweitere eine zylindrische, rechteckförmige oder hexagonale Topologie aufweisen. Wenn beide eine Streifentopologie aufweisen, kann die Orientierung um einen beliebigen Winkel variieren.
  • Das Realisieren eines MOSFET mit einer Verarmungssteuerstruktur, die in der Lage ist, eine integrierte Bodydiode des MOSFET zu deaktivieren, ist nicht auf vertikale MOSFET mit einer Trench-Gateelektrode beschränkt und ist allgemein nicht auf vertikale MOSFETs beschränkt. 5 veranschaulicht schematisch eine vertikale Querschnittsdarstellung eines vertikalen Transistorbauelements mit einer planaren Gateelektrode 31. Das Bauelement gemäß 5 basiert auf dem Bauelement gemäß 1 und unterscheidet sich von dem Bauelement gemäß 1 dadurch, dass die Gateelektrode 31 oberhalb der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet ist. Bei diesem Transistor weist das Driftgebiet 11 Abschnitte auf, die sich bis an die erste Oberfläche 101 erstrecken. Während bei dem Transistorbauelement gemäß 1 sich ein leitender Kanal entlang des Gatedielektrikums 32 in einer vertikalen Richtung des Halbleiterkörpers 100 erstreckt, verläuft ein leitender Kanal entlang des Gatedielektrikums 32 bei dem Bauelement gemäß 5 in einer horizontalen Richtung des Halbleiterkörpers 100. Eine Stromflussrichtung in dem Driftgebiet 100 ist allerdings bei beiden Bauelementen die vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 100.
  • 6 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines lateralen Transistorbauelements 10. Bei diesem Bauelement sind das Sourcegebiet 13 und das Draingebiet 14 in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 beabstandet zueinander angeordnet und sowohl die Sourceelektrode 21 als auch die Drainelektrode 22 sind auf der ersten Oberfläche 101 des Halbleiterkörpers 100 angeordnet. In dem in 6 dargestellten Bauelement ist die Gateelektrode 31 eine planare Gateelektrode, die oberhalb der ersten Oberfläche 101 angeordnet ist. Allerdings könnte diese Gateelektrode auch als Trench-Elektrode realisiert sein. Die Verarmungssteuerstruktur 40 ist in dem Driftgebiet 11 zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Draingebiet 14 angeordnet. 6 veranschaulicht nur einen Abschnitt des Halbleiterkörpers 100 in einem Bereich nahe der ersten Oberfläche 101. Ein Träger oder Substrat ist in 6 nicht dargestellt. Ein beliebiges herkömmliches Substrat, wie beispielsweise ein SOI-Substrat oder ein komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiertes Halbleitersubstrat kann verwendet werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) ist die Verarmungssteuerstruktur 40 auf der ersten Oberfläche 101 benachbart zu dem Driftgebiet 11 angeordnet.
  • Unterschiedliche spezielle Ausführungsbeispiele der Verarmungssteuerstruktur 40 sind nachfolgend anhand der 5 bis 8 erläutert. Die Transistorbauelemente 10 gemäß den 5 bis 7 sind vertikale MOSFETs mit einer Trench-Gateelektrode. Allerdings ist das Realisieren der Transistorbauelemente als vertikale MOSFETs mit einer Trench-Gateelektrode nur ein Beispiel. Die Transistorbauelemente der 5 bis 8 können auf einfache Weise modifiziert werden, um beispielsweise ein vertikales Transistorbauelement mit einer planaren Gateelektrode zu erhalten, wie anhand von 3 erläutert wurde, oder um ein laterales Transistorbauelement zu erhalten, wie anhand von 6 erläutert wurde. Alles was bezüglich der Art des Transistorbauelements (MOSFET oder IGBT, Enhancement oder Depletion) und bezüglich der Leitungstypen (n-leitend oder p-leitend) erläutert wurde, gilt für die nachfolgend erläuterten Transistoren ebenso. In den 3 und 5 sind Maßnahmen zum Klemmen der Spannung zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 auf eine Spannung unterhalb der Flussspannung der Diode nicht dargestellt. Allerdings kann jede der anhand von 1 erläuterten Maßnahmen, wie beispielsweise das Bereitstellen eines Klemmelements 7 und/oder das Ansteuern der Gateelektrode 31 derart, dass sie einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet 12 erzeugt, vorgesehen werden. Im Folgenden wird das Erzeugen eines Verarmungsgebiets in dem Driftgebiet 11 immer unterstützt durch geeignete Maßnahmen, die die Spannung zwischen dem Bodygebiet 12 und dem Driftgebiet 11 auf eine Spannung unterhalb der Flussspannung der Bodydiode klemmen.
  • Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Verarmungssteuerstruktur 40 eine Feldelektrode 41 und ein Feldelektrodendielektrikum 42, das die Feldelektrode 41 dielektrisch gegenüber dem Driftgebiet 11 isoliert. Die Feldelektrode 41 ist elektrisch an den Steueranschluss C angeschlossen, der an die Steuerschaltung 40 angeschlossen ist. Die Feldelektrode 41 umfasst beispielsweise ein elektrisch leitendes Material, wie beispielsweise ein Metall oder ein hochdotiertes polykristallines Halbleitermaterial. Das Feldelektrodendielektrikum 42 umfasst beispielsweise wenigstens ein Oxid oder ein Nitrid. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist das Feldelektrodendielektrikum 42 dicker als das Gatedielektrikum 32.
  • Bei dem in 7 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Feldelektrode 41 und das Feldelektrodendielektrikum 42 unterhalb der Gateelektrode 31 und dem Gatedielektrikum 32 in demselben Graben wie die Gateelektrode 31 und das Gatedielektrikum 32 angeordnet. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Die Feldelektrode 41 und das Feldelektrodendielektrikum 42 könnten auch in einem separaten Graben angeordnet sein. Die Geometrie der Feldelektrode 41 in einer horizontalen Ebene des Halbleiterkörpers 100 kann im Wesentlichen einer Geometrie der Gateelektrode 31 entsprechen. Wenn also die Gateelektrode 31 beispielsweise eine Streifengeometrie oder eine Gittergeometrie aufweist, weist die Feldelektrode 41 eine Streifengeometrie bzw. eine Gittergeometrie auf.
  • Das Funktionsprinzip der elektronischen Schaltung mit dem Transistorbauelement 10 und der Steuerschaltung 50 gemäß 7 wird nun erläutert. Zu Zwecken der Erläuterung sei angenommen, dass das Transistorbauelement ein n-leitender MOSFET ist. Das erläuterte Funktionsprinzip gilt auch für einen p-leitenden MOSFET, wobei bei einem p-leitenden MOSFET die Polarität der Spannungen und Potenziale, die nachfolgend erläutert sind, invertiert werden muss.
  • Wenn sich das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetriebszustand befindet, sodass der pn-Übergang 15 in Flussrichtung gepolt ist, spannt die Steuerschaltung 50 die Feldelektrode 41 so vor, dass ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 um das Feldelektrodendielektrikum 42 erzeugt wird. Bei einem n-leitenden MOSFET ist das an die Feldelektrode 41 anzulegende elektrische Potenzial, um ein Verarmungsgebiet im n-Driftgebiet 11 zu erzeugen, ein negatives elektrisches Potenzial bezogen auf das elektrische Potenzial des Driftgebiets 11 bzw. des Draingebiets 14.
  • Die Steuerschaltung 50 kann dazu ausgebildet sein, einen leitenden Kanal in dem Driftgebiet 11 durch Ansteuern der Feldelektrode 41 vollständig abzuschnüren oder einen leitenden Kanal in dem Driftgebiet 11 zwischen dem Draingebiet 14 und dem Bodygebiet 12 teilweise abzuschnüren. Ein Kanal in dem Driftgebiet 11 ist vollständig abgeschnürt, wenn durch Verarmungssteuerstrukturen von zwei benachbarten Transistorzellen erzeugte Verarmungsgebiete in einer lateralen Richtung des Halbleiterkörpers 100 aneinander angrenzen. Der leitende Kanal in dem Driftgebiet 11 ist nur teilweise verarmt, wenn zwischen den durch die Verarmungssteuerstrukturen der zwei benachbarten Transistorzellen erzeugten Verarmungsgebieten ein nicht-verarmtes Gebiet des Driftgebiets 11 verbleibt. Ob der leitende Kanal in dem Driftgebiet 11 vollständig verarmt oder nicht vollständig verarmt ist, ist hauptsächlich abhängig von drei unterschiedlichen Faktoren, nämlich einem Abstand d von zwei benachbarten Verarmungssteuerstrukturen 40, einer Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 zwischen den Verarmungssteuerstrukturen 40 und einem Ansteuerpotenzial oder einer Ansteuerspannung der Verarmungssteuerstruktur 40. Bei einer gegebenen Ansteuerspannung oder einem gegebenen Ansteuerpotenzial erstreckt sich das Verarmungsgebiet ausgehend von einer Verarmungssteuerstruktur tiefer in den Halbleiterkörper 100 hinein, wenn die Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 abnimmt, und bei einer gegebenen Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 erstreckt sich das Verarmungsgebiet tiefer in den Halbleiterkörper 100 hinein, wenn der Absolutwert des Ansteuerpotenzials oder der Ansteuerspannung ansteigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Wert einer an die Verarmungssteuerstruktur 40 angelegten Ansteuerspannung zwischen 1 V und -20 V. Die Ansteuerspannung ist beispielsweise eine Spannung zwischen der Verarmungssteuerstruktur 40 und dem Sourceanschluss S.
  • Wenn im Rückwärtsbetriebszustand des Transistorbauelements 10 der Kanal in dem Driftgebiet 11 vollständig abgeschnürt ist und die Bodydiode vollständig deaktiviert ist, fließt kein Strom zwischen dem Sourceanschluss S und dem Drainanschluss D durch das Transistorbauelement 10.
  • Das Transistorbauelement 10 gemäß 7 kann wie ein herkömmliches Transistorbauelement betrieben werden, was bedeutet, dass das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetriebszustand durch Anlegen eines geeigneten Ansteuerpotenzials an den Gateanschluss G ein- und ausgeschaltet werden kann. Die Steuerschaltung 50 ist beispielsweise dazu ausgebildet, im Vorwärtsbetrieb des Transistorbauelements 10, also wenn die Bodydiode in Sperrrichtung gepolt ist, die Verarmungssteuerstruktur 40 entweder an den Sourceanschluss S oder den Gateanschluss G anzuschließen, sodass im Vorwärtsbetrieb des Transistorbauelements 10 das elektrische Potenzial der Feldelektrode 31 dem Sourcepotenzial oder dem Gatepotenzial entspricht. Das Anschließen der Verarmungssteuerstruktur 40 an Gate- oder Sourcepotenzial hat zwei unterschiedliche Effekte, abhängig davon, ob sich der Transistor im Ein-Zustand (eingeschaltet) oder im Aus-Zustand (ausgeschaltet) befindet. Wenn das Transistorbauelement 10 eingeschaltet ist und die Feldelektrode 51 Source- oder Gatepotenzial aufweist, ist ein Verarmungsgebiet, das vorher in einem Rückwärtsbetrieb des Transistorbauelements 10, also wenn die Bodydiode in Flussrichtung gepolt war, vorhanden gewesen sein kann, entfernt. Wenn das Transistorbauelement 10 ausgeschaltet wird, breitet sich ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 beginnend an dem pn-Übergang 15, aber auch ausgehend von der Verarmungssteuerstruktur 40 aus. Die Ausbreitung dieses Verarmungsgebiets beginnend an der Verarmungsstruktur 40 ist bedingt durch die Spannungsdifferenz zwischen dem Drainanschluss D und den Source- und Gateanschlüssen S, G, wenn sich der MOSFET im Aus-Zustand befindet. Dies ist das Funktionsprinzip einer herkömmlichen Feldelektrode im Driftgebiet eines herkömmlichen Transistors mit Feldelektrode. Dadurch kann im Vorwärtsbetrieb des Transistorbauelements 10 die Verarmungssteuerstruktur 40 wie eine herkömmliche Feldelektrode im Driftgebiet eines herkömmlichen Transistorbauelements betrieben werden.
  • Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuerschaltung 50 dazu ausgebildet, wenn sich das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetrieb befindet und wenn das Transistorbauelement 10 eingeschaltet ist, einen Akkumulationskanal in dem Driftgebiet 11 entlang der Verarmungssteuerstruktur 40, insbesondere entlang des Feldelektrodendielektrikums 42, zu erzeugen. Bei einem n-leitenden Transistor kann ein Akkumulationskanal erzeugt werden durch Anlegen eines positiven Ansteuerpotenzials an die Feldelektrode 41 relativ zu dem elektrischen Potenzial des Drainanschlusses D bzw. des Driftgebiets 11. Wenn das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetrieb ausgeschaltet ist, wird entweder das Sourcepotenzial, das Gatepotenzial oder dasselbe Potenzial wie im Rückwärtsbetrieb an die Feldelektrode 41 angelegt, um ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 zu erzeugen, wenn das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetrieb und ausgeschaltet ist.
  • Bezug nehmend auf 8, in dem ein Blockdiagramm der Steuerschaltung 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt ist, kann die Steuerschaltung 50 eine Spannungsquellenanordnung 51 aufweisen, die an den Steueranschluss C gekoppelt ist und die in der Lage ist, das benötigte Ansteuerpotenzial an die Verarmungssteuerstruktur 40 zu liefern. Die Steuerschaltung 50 kann außerdem einen Betriebszustandsdetektor 52 aufweisen, der den momentanen Betriebszustand des Transistorbauelements 10 detektiert. Hierzu kann die Steuerschaltung 50 das Lastspannungssignal SVDS , das eine Spannung zwischen den Drain- und Sourceanschlüssen D, S präsentiert, und ein Gateansteuersignal SVG , das das an den Gateanschluss G des MOSFET angelegte Signal repräsentiert, erhalten. Im Vorwärtsbetrieb des Transistorbauelements 10 zeigt das Gateansteuersignal SVG an, ob sich das Transistorbauelement 10 im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand befindet. Das Lastspannungssignal SVDS zeigt an, ob der Transistor im Vorwärtsbetrieb oder im Rückwärtsbetrieb betrieben wird. Der Betriebszustandsdetektor 52 liefert eine Information über den Betriebszustand an die Spannungsquellenanordnung 51, die das Ansteuerpotenzial an dem Steueranschluss C abhängig von dieser Information erzeugt.
  • 9 veranschaulicht eine vertikale Querschnittsdarstellung eines Transistorbauelements 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Verarmungssteuerstruktur 40 dieses Transistorbauelements umfasst ein Driftsteuergebiet 141, das benachbart zu dem Driftgebiet 11 angeordnet ist und das dielektrisch gegenüber dem Driftgebiet 11 durch ein Driftsteuergebietdielektrikum 142 isoliert ist. Das Driftsteuergebiet 141 ist ein monokristallines Halbleitergebiet und kann denselben Dotierungstyp wie das Driftgebiet 11 aufweisen oder kann komplementär dotiert sein. Wie das Driftgebiet 11 verläuft das Driftsteuergebiet 141 in einer Stromflussrichtung des Transistorbauelements 10, wobei bei dem in 9 dargestellten Ausführungsbeispiel die Stromflussrichtung des Transistorbauelements 10 eine vertikale Richtung des Halbleiterkörpers 100 ist. Das Driftsteuergebiet 141 weist ein drainseitiges Ende auf, das ein nahe des Draingebiets 14 angeordnetes Ende ist, und weist ein sourceseitiges Ende auf, das ein nahe des Sourcegebiets 13 angeordnetes Ende ist. Das Driftsteuergebiet 141 kann über ein Gleichrichterelement, wie beispielsweise eine Diode 143, an das Draingebiet 14 gekoppelt sein. Zum elektrischen Anschließen des Gleichrichterelements 143 an das Driftsteuergebiet 141 kann ein Kontaktgebiet 145 zwischen dem Gleichrichterelement 143 und dem Driftsteuergebiet 141 angeordnet sein. Das Kontaktgebiet 145 weist denselben Dotierungstyp wie das Driftsteuergebiet 141 auf, ist jedoch höher dotiert. Das Driftsteuergebiet 141 ist an den Steueranschluss C der Verarmungssteuerstruktur 40 angeschlossen. Optional ist ein Kontaktgebiet 144, das höher als das Driftsteuergebiet 141 dotiert ist, zwischen dem Driftsteuergebiet 141 und dem Steueranschluss C angeordnet. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist bei einem n-leitenden Transistorbauelement, bei dem das Driftgebiet 11 n-dotiert ist, das Driftsteuergebiet 141 ebenfalls n-dotiert, wenn das zweite Kontaktgebiet 144 p-dotiert ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist das Driftsteuergebiet 141 komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiert.
  • Wie die in 7 dargestellte Feldelektrode 41 kann das Driftsteuergebiet 141 gemäß 9 ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 erzeugen, wenn das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetrieb ist. In einer elektronischen Schaltung mit einem n-leitenden Transistorbauelement 10 ist die Steuerschaltung 50 dazu ausgebildet, ein negatives elektrisches Potenzial an das Driftsteuergebiet 141 anzulegen, wenn das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetrieb ist. In diesem Fall wird ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 entlang des Driftsteuergebietdielektrikums 142 erzeugt. Eine Ausbreitung oder eine Weite dieses Verarmungsgebiets in einer Richtung senkrecht zu der Stromflussrichtung des Transistorbauelements 10 ist abhängig von einer Dicke des Driftsteuergebietdielektrikums 142, einer Dotierungskonzentration des Driftgebiets 11 und dem an dem Driftsteuergebiet 141 anliegenden elektrischen Potenzial. Dies entspricht der Verarmungssteuerstruktur 40 gemäß 7.
  • Die Steuerschaltung 50 gemäß 9 kann dazu ausgebildet sein, die Verarmungssteuerstruktur 40 so anzusteuern, dass das in dem Driftgebiet 11 erzeugte Verarmungsgebiet einen leitenden Kanal in dem Driftgebiet 11 vollständig abschnürt, oder kann dazu ausgebildet sein, diesen leitenden Kanal nur teilweise abzuschnüren. Dies ist ebenfalls entsprechend der anhand von 7 erläuterten Verarmungssteuerstruktur. Um Injektionen von (Minoritäts-)Ladungsträgern aus dem Bodygebiet 12 in das Driftgebiet 11 während des Abschnürens zu verhindern, können die zuvor erläuterten Verfahren zum Klemmen der Spannung zwischen den Body- und Driftgebieten 12, 11 angewendet werden.
  • Wenn das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetrieb ist, gibt es zwei unterschiedliche Schaltzustände, nämlich einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand. Die Steuerschaltung 50 kann dazu ausgebildet sein, einen Akkumulationskanal in dem Driftgebiet 11 entlang des Driftsteuergebietdielektrikums 142 zu erzeugen, wenn der Transistor im Ein-Zustand ist. Hierzu legt die Steuerschaltung 50 bei einem n-leitenden MOSFET ein positives Potenzial an das Driftsteuergebiet 141 und bei einem p-leitenden MOSFET ein negatives Potenzial an. Aufgrund des monokristallinen Halbleitermaterials des Driftsteuergebiets 141 und der optionalen Verbindungsgebiete 144, 145 kann ein Verarmungsgebiet oder eine Raumladungszone in dem Driftsteuergebiet 141 erzeugt werden, wenn der MOSFET im Vorwärtsbetrieb und in seinem Aus-Zustand ist. Dieses Verarmungsgebiet oder diese Raumladungszone folgt einer in dem Driftgebiet erzeugten Verarmungszone oder Raumladungszone, wenn der MOSFET im Aus-Zustand ist. Die Verarmungsgebiete auf beiden Seiten des Driftsteuergebietdielektrikums 142, also in dem Driftgebiet 11 und in dem Driftsteuergebiet 141, hilft, eine Spannung über dem Driftsteuergebietdielektrikum 142 zu begrenzen.
  • 10 veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Transistorbauelements 10 mit einer Verarmungssteuerstruktur. Bei diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Verarmungssteuerstruktur 40 ein in dem Driftgebiet 11 angeordnetes Halbleitergebiet 241, das komplementär zu dem Driftgebiet 11 dotiert ist. Der Steueranschluss C ist an das Halbleitergebiet 241 angeschlossen. Bei diesem Bauelement funktioniert das Driftgebiet 11 mit den komplementären Gebieten 241 wie ein JFET (Junction Field-Effect Transistor), der durch die an den Steueranschluss C angeschlossene Steuerschaltung 50 gesteuert ist. Wenn das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetriebszustand ist, steuert die Steuerschaltung 50 das komplementäre Gebiet 241 so an, dass ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 erzeugt wird. Bei einem n-leitenden MOSFET ist die Steuerschaltung 50 dazu ausgebildet, ein negatives Potenzial bezogen auf das Drainpotenzial anzulegen, um ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 zu erzeugen. Die Steuerschaltung 50 kann, wie die Steuerschaltung 50 gemäß der 6 und 7 dazu ausgebildet sein, einen Kanal in dem Driftgebiet 11 vollständig abzuschnüren, wenn das Transistorbauelement 10 im Rückwärtsbetriebszustand ist, oder kann dazu ausgebildet sein, diesen Kanal teilweise abzuschnüren.
  • Wenn das Transistorbauelement 10 im Vorwärtsbetrieb ist, ist die Steuerschaltung 50 beispielsweise dazu ausgebildet, das Sourcepotenzial, also das elektrische Potenzial der Sourceanschlüsse S, an das komplementäre Gebiet 241 anzulegen. In diesem Fall wird ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet 11 auch dann erzeugt, wenn das Transistorbauelement 10 im Aus-Zustand ist, sodass das elektrische Potenzial in dem Driftgebiet 11 ansteigt und eine Spannungsdifferenz zwischen dem Potenzial in dem Driftgebiet 11 und dem elektrischen Potenzial des komplementären Gebiets 241 ansteigt. In diesem Fall funktioniert das komplementäre Gebiet 241 der Verarmungssteuerstruktur wie ein herkömmliches Kompensationsgebiet in einem herkömmlichen Superjunction-Transistor.
  • 11 veranschaulicht ein Ersatzschaltbild der in den 1 bis 8 dargestellten elektronischen Schaltung. Das Schaltsymbol des Transistorbauelements 10 ist ähnlich dem Schaltsymbol eines MOSFET, umfasst jedoch einen zusätzlichen Anschluss 10, an den die Steuerschaltung 50 angeschlossen ist. Der MOSFET kann wie ein herkömmlicher MOSFET betrieben werden, wobei die Steuerschaltung 50 dazu ausgebildet ist, ein Ansteuerpotenzial an die Verarmungssteuerstruktur 40 abhängig von dem Betriebszustand des MOSFET anzulegen, wie nachfolgend erläutert ist.
  • Bezug nehmend auf 11 kann ein Gleichrichterelement 6, wie beispielsweise eine Diode, zwischen die Drain- und Sourceanschlüsse D, S des Transistorbauelements 10 geschaltet sein. Dieses Gleichrichterelement 6 kann als Freilaufelement wirken. Dieses Gleichrichterelement 6 ist derart angeschlossen, dass dann, wenn es parallel zu einem n-leitenden MOSFET geschaltet ist, ein Strom durch das Gleichrichterelement 6 fließen kann, wenn eine positive Spannung zwischen den Source- und Drainanschlüssen S, D anliegt und dass dann, wenn sie parallel zu einem p-leitenden MOSFET geschaltet ist, ein Strom durch das Gleichrichterelement 6 fließen kann, wenn eine negative Spannung zwischen den Source- und Drainanschlüssen S, D anliegt. Das Gleichrichterelement 6 kann als Schottky-Diode, als Siliziumcarbiddiode, als MOS Gated Diode, oder Ähnliches, ausgebildet sein.
  • Bei den Transistorbauelementen gemäß den 1, 3 und 5 bis 8 umfasst jede Transistorzelle eine Verarmungssteuerstruktur. Dies ist jedoch lediglich ein Beispiel. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfassen nur einige der Transistorzellen eine Verarmungssteuerstruktur 40. Ein Ersatzschaltbild einer elektronischen Schaltung mit einem solchen Transistorbauelement 10 ist in 12 dargestellt. Bezug nehmend auf 12 kann das Transistorbauelement 10 als Parallelschaltung mit einem herkömmlichen Transistor 102 und mit einem Transistor 101 , der die Verarmungssteuerstruktur 40 und die an die Verarmungssteuerstruktur 40 angeschlossene Steuerschaltung 50 aufweist, angesehen werden. Bei einem Transistorbauelement, bei dem nur einige Transistorzellen eine Verarmungssteuerstruktur 40 aufweisen, kann die Bodydiode nicht vollständig deaktiviert werden. Allerdings kann das in dem Bauelement gespeicherte Ladungsträgerplasma, wenn die Bodydiode in Flussrichtung gepolt ist, reduziert werden, um dadurch die Schaltverluste in dem Bauelement oder der Schaltung zu reduzieren. Dies ist bedingt durch das Vermeiden einer Plasmaspeicherung in den Zellen 101 des Bauelements.

Claims (27)

  1. Elektronische Schaltung, die ein Transistorbauelement (10), das in einem Rückwärtsbetriebszustand betrieben werden kann, und eine Steuerschaltung (50) aufweist, wobei das Transistorbauelement (10) aufweist: ein Sourcegebiet (13), ein Draingebiet (14), ein Bodygebiet (12) und ein Driftgebiet (11); eine Sourceelektrode (21, 21'), die elektrisch an das Sourcegebiet (13) angeschlossen ist; einen pn-Übergang, der zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) gebildet ist; eine Gateelektrode (31) benachbart zu dem Bodygebiet (12) und dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet (12) isoliert; eine Verarmungssteuerstruktur (40) benachbart zu dem Driftgebiet (11), wobei die Verarmungssteuerstruktur (40) einen Steueranschluss (C) aufweist und dazu ausgebildet ist, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet (11) zu erzeugen; ein Klemmelement (7), das zwischen das Driftgebiet (11) und das Bodygebiet (12) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, im Rückwärtsbetriebszustand die Spannung zwischen dem Driftgebiet (11) und dem Bodygebiet (12) auf eine Spannung unterhalb einer Flussspannung des pn-Übergangs zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) zu begrenzen, wobei die Steuerschaltung (50) an den Steueranschluss (C) der Verarmungssteuerstruktur (40) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, die Verarmungssteuerstruktur (40) so anzusteuern, dass sie ein Verarmungsgebiet erzeugt, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Sourceelektrode (21, 21') an das Bodygebiet (12) angeschlossen ist und das Klemmelement zwischen das Driftgebiet (11) und die Sourceelektrode (21, 21') gekoppelt ist.
  3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, bei der das Klemmelement (7) eine Schottky-Diode oder eine MOS Gated Diode (MGD) ist.
  4. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Steuerschaltung (50) weiterhin dazu ausgebildet ist, die Gateelektrode (31) so anzusteuern, dass sie einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet (12) erzeugt, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  5. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die Verarmungssteuerstruktur (40) weiterhin aufweist: eine Feldelektrode (41), die benachbart zu dem Driftgebiet (11) angeordnet ist und die an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist; und ein Feldelektrodendielektrikum (42), das zwischen der Feldelektrode (41) und dem Driftgebiet (11) angeordnet ist.
  6. Elektronische Schaltung nach Anspruch 5, bei der die Feldelektrode (41) ein Metall oder ein polykristallines Halbleitermaterial aufweist.
  7. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Verarmungssteuerstruktur (40) weiterhin aufweist: ein Driftsteuergebiet (141), das benachbart zu dem Driftgebiet (11) angeordnet ist und das an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist; und ein Driftsteuergebietdielektrikum (142) zwischen dem Driftsteuergebiet (141) und dem Driftgebiet (11).
  8. Elektronische Schaltung nach Anspruch 7, bei der das Driftsteuergebiet (141) ein monokristallines Halbleitermaterial aufweist.
  9. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Verarmungssteuerstruktur (40) weiterhin ein Gebiet (241) aufweist, das einen Dotierungstyp komplementär zu dem Dotierungstyp des Driftgebiets (11) aufweist, das an das Driftgebiet (11) angrenzt und an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist.
  10. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, bei der das Gebiet (241) des komplementären Dotierungstyps ein monokristallines Halbleitermaterial aufweist.
  11. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der eine Diode (6) zwischen das Sourcegebiet (13) und das Draingebiet (14) geschaltet ist.
  12. Elektronische Schaltung nach Anspruch 11, bei der die Diode eine der folgenden ist: eine MOS Gated Diode, eine Schottky-Diode, eine Siliziumcarbiddiode.
  13. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der das Transistorbauelement ein vertikales Transistorbauelement oder ein laterales Transistorbauelement ist.
  14. Elektronische Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die weiterhin aufweist: eine Gate-Ansteuerschaltung (60), die an die Gateelektrode (31) gekoppelt ist und die dazu ausgebildet ist, die Gateelektrode (31) abhängig von einem Eingangssignal (SIN) anzusteuern.
  15. Verfahren zum Betreiben eines Transistorbauelements (10), das in einem Rückwärtsbetriebszustand betrieben werden kann, wobei das Transistorbauelement (10) aufweist: ein Sourcegebiet (13), ein Draingebiet (14), ein Bodygebiet (12) und ein Driftgebiet (11); eine Sourceelektrode (21, 21'), die elektrisch an das Sourcegebiet (13) angeschlossen ist; einen pn-Übergang, der zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) angeordnet ist; eine Gateelektrode (31), die benachbart zu dem Bodygebiet (12) angeordnet ist und die dielektrisch gegenüber dem Bodygebiet (12) isoliert ist; und eine Verarmungssteuerstruktur (40), die benachbart zu dem Driftgebiet (11) angeordnet ist, einen Steueranschluss (C) aufweist und dazu ausgebildet ist, ein Verarmungsgebiet in dem Driftgebiet (11) zu erzeugen; ein Klemmelement (7), das zwischen das Driftgebiet (11) und das Bodygebiet (12) gekoppelt ist und dazu ausgebildet ist, im Rückwärtsbetriebszustand die Spannung zwischen dem Driftgebiet (11) und dem Bodygebiet (12) auf eine Spannung unterhalb einer Flussspannung des pn-Übergangs zwischen dem Bodygebiet (12) und dem Driftgebiet (11) zu klemmen, wobei das Verfahren aufweist: Ansteuern der Verarmungssteuerstruktur (40) derart, dass sie das Verarmungsgebiet erzeugt, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, bei dem in dem Transistorbauelement (10) das Bodygebiet (12) an die Sourceelektrode (21, 21') angeschlossen ist und das Klemmelement (7) zwischen die Sourceelektrode (21, 21') und das Driftgebiet (11) gekoppelt ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das Klemmelement eine Schottky-Diode oder eine MOS Gated Diode (MGD) ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, das weiterhin das Ansteuern der Gateelektrode (21) dahingehend aufweist, dass diese einen leitenden Kanal in dem Bodygebiet (12) erzeugt, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die Verarmungssteuerstruktur (40) weiterhin aufweist: eine Feldelektrode (41), die benachbart zu dem Driftgebiet (11) angeordnet ist und die an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist; und ein Feldelektrodendielektrikum (42) zwischen der Feldelektrode (41) und dem Driftgebiet (11).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die Feldelektrode (41) ein Metall oder ein polykristallines Halbleitermaterial aufweist.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die Verarmungssteuerstruktur weiterhin aufweist: ein Driftsteuergebiet (141), das benachbart zu dem Driftgebiet (11) angeordnet und an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist; und ein Driftsteuergebietdielektrikum (142) zwischen dem Driftsteuergebiet (141) und dem Driftgebiet (11).
  22. Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das Driftsteuergebiet (141) ein monokristallines Halbleitermaterial aufweist.
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, bei dem die Verarmungssteuerstruktur (40) weiterhin ein Gebiet (241) aufweist, das einen zu dem Dotierungstyp des Driftgebiets (11) komplementären Dotierungstyp aufweist, das an das Driftgebiet (11) angrenzt und das an den Steueranschluss (C) gekoppelt ist.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Gebiet (241) des komplementären Dotierungstyps ein monokristallines Halbleitermaterial aufweist.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 24, bei dem eine Diode zwischen das Sourcegebiet (13) und das Draingebiet (14) geschaltet ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Diode eine MOS Gated Diode, eine Schottky-Diode oder eine Siliziumcarbiddiode ist.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 26, das weiterhin aufweist: Ansteuern der Gateelektrode (21) abhängig von einem Eingangssignal (SIN) derart, dass ein leitender Kanal in dem Bodygebiet (12) entlang eines das Bodygebiet (12) dielektrisch von der Gateelektrode (31) isolierenden Gatedielektrikums (32) erzeugt wird, wenn das Transistorbauelement (10) im Rückwärtsbetriebszustand betrieben wird.
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