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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen die ESD-Stabilität (ESD – Electrostatic Discharge – elektrostatische Entladung) von elektronischen Schaltelementen mit zusätzlicher Erfassungsfunktionalität.
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Eine Aufgabe besteht insbesondere darin, elektronische Schaltelemente bzw. den Einsatz von elektronischen Schaltelementen zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
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Diese hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der nachfolgenden Lösungen basieren. Insbesondere können Kombinationen der nachfolgenden Merkmale eingesetzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens können mit (einem) beliebigen Merkmal(en) der Vorrichtung, des Geräts oder Systems oder umgekehrt kombiniert werden.
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Es wird eine Schaltung vorgeschlagen, die Folgendes umfasst:
- – ein elektronisches Schaltelement,
- – einen integrierten Sensor,
- – einen niederohmigen Pfad von einem der Anschlüsse des Sensors zu einem der Anschlüsse des elektronischen Schaltelements.
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Ein derartiger Ansatz besitzt daher den Vorteil, dass keine oder nur minimale zusätzliche Bearbeitungsschritte des Halbleiters erforderlich sind und/oder keine oder nur eine minimale zusätzliche Chipfläche erforderlich ist. Dementsprechend ist der Ansatz kosteneffizient und kann auf eine Vielzahl von Verwendungsfallszenarien angewendet werden.
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Der niederohmige Pfad kann ein beliebiger Pfad oder eine beliebige Verbindung von einem Anschluss des Sensors zu einem Anschluss des elektronischen Schaltelements sein, was insbesondere ermöglichen kann, dass eine Ladung sich ausgleicht, z.B. ein ESD-Ereignis entladen wird. Somit wird die ESD-Stabilität des elektronischen Schaltelements der Schaltung zur Verfügung gestellt, die auch den integrierten Sensor umfasst.
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Der integrierte Sensor kann insbesondere ein Stromsensor oder ein Temperatursensor sein, der zusammen mit dem elektronischen Schaltelement angeordnet ist, insbesondere auf dem gleichen Chip oder Die wie das elektronische Schaltelement.
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Das elektronische Schaltelement kann ein (z.B. vertikaler) Leistungsschalter sein oder er kann mindestens einen (z.B. vertikalen) Leistungsschalter umfassen.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der integrierte Sensor Teil des elektronischen Schaltelements ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das elektronische Schaltelement und der integrierte Sensor auf einem einzelnen Chip angeordnet sind.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das elektronische Schaltelement und der integrierte Sensor auf einem einzelnen Chip angeordnet sind und durch mindestens ein dielektrisches Medium, das insbesondere mindestens eine Dielektrikumsschicht umfasst, getrennt sind.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das elektronische Schaltelement ein vertikales Element ist, das Folgendes umfasst:
- – einen Steueranschluss,
- – einen ersten Anschluss und
- – einen zweiten Anschluss,
- – wobei der erste und zweite Anschluss über ein an den Steueranschluss angelegtes Signal elektrisch gekoppelt werden, und
- – wobei der Steueranschluss und der erste Anschluss auf einer Seite des vertikalen Elements angeordnet sind und der zweite Anschluss auf der gegenüberliegenden Seite des vertikalen Elements angeordnet ist.
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Die gegenüberliegende Seite des vertikalen Elements kann ebenfalls mit einer Last verbunden sein. Der zweite Anschluss kann ein Kollektor eines elektronischen Schalters sein, insbesondere eines Transistors oder IGBT. Der erste Anschluss kann ein Emitter sein und der Steueranschluss kann einer Gateelektrode eines IGBT oder einer Basis eines Bipolartransistors entsprechen. Im Fall eines MOSFET kann die Sourceelektrode dem ersten Anschluss entsprechen, und die Drainelektrode kann dem zweiten Anschluss entsprechen.
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Es ist eine Weiterbildung, dass das elektronische Schaltelement mindestens eines der Folgenden umfasst:
- – einen Transistor;
- – einen MOSFET;
- – einen IGBT;
- – einen JFET;
- – eine Diode oder
- – ein vertikales Element.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der integrierte Sensor ein integrierter Temperatursensor ist, der in der Nähe des elektronischen Schaltelements angeordnet ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der integrierte Temperatursensor umfasst:
- – eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden,
- – eine zusätzliche Diode, wobei die zusätzliche Diode antiparallel an die Reihenschaltung aus den mindestens zwei Dioden geschaltet ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der integrierte Temperatursensor umfasst:
- – eine Barrierenschicht, die mindestens zwei leitende Elemente verbindet,
- – wobei die Barrierenschicht einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die Barrierenschicht mindestens eines der folgenden umfasst:
- – Nickel;
- – Aluminium;
- – Eisen;
- – Permalloy;
- – Beryllium;
- – Titan;
- – Titannitrid;
- – Wolfram;
- – Titan-Wolfram;
- – Tantal;
- – Tantalnitrid;
- – Kupfer.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die mindestens zwei leitenden Elemente auf der Barrierenschicht angeordnet sind.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der niederohmige Pfad darüber bereitgestellt ist, dass ein Anschluss des integrierten Sensors mit einem Emitter oder einer Sourceelektrode des elektronischen Schaltelements verbunden ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der niederohmige Pfad darüber bereitgestellt ist, dass ein Anschluss des integrierten Sensors über eine zusätzliche Schaltungsanordnung mit einem Emitter oder einer Sourceelektrode des elektronischen Schaltelements verbunden ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass die zusätzliche Schaltungsanordnung Folgendes umfasst:
- – eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden,
- – eine zusätzliche Diode, wobei die zusätzliche Diode antiparallel an die Reihenschaltung aus den mindestens zwei Dioden geschaltet ist.
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Eine Anzahl n der Dioden der Reihenschaltung kann verwendet werden, um ein Potential Vk an einer Kathode des Temperatursensors gemäß Vk = 0,7V·n einzustellen.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der niederohmige Pfad über einen ohmschen Widerstand bereitgestellt ist.
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Somit kann ein Widerstand bereitgestellt werden, um mindestens einen der Anschlüsse des Sensors mit einem der Anschlüsse des elektronischen Schaltelements zu verbinden.
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Es ist eine Weiterbildung, dass der niederohmige Pfad über mindestens ein zusätzliches elektronisches Schaltelement bereitgestellt ist.
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Es ist eine Weiterbildung, dass
- – einer der Anschlüsse des Sensors mit einem Emitter oder mit einer Sourceelektrode des zusätzlichen elektronischen Schaltelements verbunden ist,
- – der andere der Anschlüsse des Sensors mit einer Basis oder einer Gateelektrode des zusätzlichen elektronischen Schaltelements verbunden ist und
- – ein Kollektor oder eine Drainelektrode des zusätzlichen elektronischen Schaltelements mit einem Kollektor oder einer Drainelektrode des elektronischen Schaltelements verbunden ist.
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Falls der Sensor ein Temperatursensor ist, der eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden enthält, kann die Anode der Reihenschaltung mit dem Emitter oder der Sourceelektrode des zusätzlichen Schaltelements verbunden sein und kann die Kathode der Reihenschaltung mit der Basis oder der Gateelektrode des zusätzlichen Schaltelements verbunden sein.
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Es ist eine Weiterbildung, dass
- – der niederohmige Pfad über ein erstes zusätzliches elektronisches Schaltelement und über ein zweites zusätzliches elektronisches Schaltelement bereitgestellt ist,
- – einer der Anschlüsse des Sensors mit einem Emitter oder einer Sourceelektrode des ersten zusätzlichen elektronischen Schaltelements und mit einer Basis oder einer Gateelektrode des zweiten zusätzlichen elektronischen Schaltelements verbunden ist,
- – der andere der Anschlüsse des Sensors mit einer Basis oder einer Gateelektrode des ersten zusätzlichen elektronischen Schaltelements und mit einem Emitter oder einer Sourceelektrode des zweiten zusätzlichen Schaltelements verbunden ist und
- – ein Kollektor oder eine Drainelektrode des ersten zusätzlichen elektronischen Schaltelements und ein Kollektor oder eine Drainelektrode des zweiten zusätzlichen Schaltelements mit einem Kollektor oder einer Drainelektrode des elektronischen Schaltelements verbunden sind.
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Falls der Sensor ein Temperatursensor ist, der eine Reihenschaltung aus mindestens zwei Dioden umfasst, kann die Anode der Reihenschaltung mit dem Emitter oder der Sourceelektrode des ersten zusätzlichen Schaltelements (und der Basis oder Gateelektrode des zweiten zusätzlichen Schaltelements) verbunden sein und kann die Kathode der Reihenschaltung mit der Basis oder der Gateelektrode des ersten zusätzlichen Schaltelements (und mit dem Emitter oder der Gateelektrode des zweiten zusätzlichen Schaltelements) verbunden sein.
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Das oder die zusätzlichen elektronischen Schaltelemente können von der gleichen Art oder von einer anderen Art als das Schaltelement sein. Jedes der hier erwähnten Schaltelemente kann insbesondere mindestens eines der folgenden umfassen: einen Transistor; einen MOSFET; einen IGBT; einen JFET; eine Diode; ein vertikales Element.
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Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen gezeigt und veranschaulicht. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung des Grundprinzips, so dass nur für das Verständnis des Grundprinzips notwendige Aspekte veranschaulicht werden. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu. In den Zeichnungen bezeichnen die gleichen Bezugszeichen gleiche Merkmale.
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1 zeigt einen beispielhaften Schaltplan, der zwei Transistoren umfasst, die mit einem Widerstand als temperaturabhängige Einrichtung in einer Einheit kombiniert sind;
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2 zeigt einen beispielhaften Schaltplan, der einen Transistor umfasst, der zusammen mit einem Temperatursensor auf einem Chip angeordnet ist;
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3 zeigt einen alternativen beispielhaften Schaltplan, der den Transistor und den Temperatursensor umfasst, wobei mindestens einer der Anschlüsse des Temperatursensors über eine zusätzliche Schaltungsanordnung an den Emitter gekoppelt ist;
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4 zeigt noch einen weiteren alternativen beispielhaften Schaltplan, der den Transistor, einen zusätzlichen Transistor und den Temperatursensor umfasst;
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5 zeigt einen weiteren alternativen beispielhaften Schaltplan auf der Basis von 4 mit zwei zusätzlichen Transistoren, um einen symmetrischen Fall für beide Anschlüsse des Temperatursensors zu ermöglichen.
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Hierin beschriebene Beispiele beziehen sich insbesondere auf eine ESD-Stabilität (ESD – Electrostatic Discharge – elektrostatische Entladung (auch als ESD-Schutz oder ESD-Robustheit bezeichnet)) von Halbleitern, insbesondere Halbleiterschaltern wie Transistoren, IGBTs, MOSFETs, JFETs oder dergleichen.
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Bekannte IGBTs sind so ausgelegt, dass sie mit einer hohen elektrischen Leistung fertig werden, und zwar wegen ihrer hohen Kapazitäten zwischen Gateelektrode und Emitter oder Gateelektrode und Kollektor. Dies kann auch zu einer ESD-Stabilität von circa 8kV im Körper-Entladungsmodell (HBM – Human Body Model) führen.
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Die Halbleiter können jedoch mit zusätzlichen Merkmalen ausgestattet sein, zum Beispiel ein Stromerfassungsmerkmal und/oder ein Temperaturerfassungsmerkmal umfassen. Jedes Merkmal kann in dem Halbleiterchip, z.B. dem IGBT-Chip, eingebettet sein. Auf der Basis eines derartigen zusätzlichen Merkmals wird der Halbleiter für ESD-Effekte anfälliger, was die ESD-Stabilität gemäß dem HBM auf z.B. 2kV oder sogar unter 500V reduzieren kann.
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Hierin beschriebene Beispiele erhöhen die ESD-Stabilität eines Halbleiters (z.B. Transistors) mit einem integrierten (eingebetteten) Merkmal.
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Hierin beschriebene Beispiele schlagen insbesondere das Bereitstellen eines niederohmigen Pfads (Entladungswegs) im Halbleiterchip (der einen Transistor und ein zusätzliches Erfassungsmittel umfasst) für das ESD-Ereignis ohne irgendwelche abträgliche Auswirkung auf die Funktionalität des Transistors vor.
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Der Transistor kann mindestens einen der folgenden umfassen: einen IGBT, einen MOSFET, einen JFET, einen Bipolartransistor usw.
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Somit kann der niederohmige Pfad zwischen einem Pad des Erfassungsmittels und des Emitters oder der Masse des Transistors vorliegen.
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Das Erfassungsmittel kann insbesondere ein Temperaturerfassungsmittel oder ein Stromerfassungsmittel umfassen.
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Das Stromerfassungsmittel kann einen zusätzlichen Transistor parallel zum tatsächlichen Transistor umfassen. Im folgenden Beispiel ist der tatsächliche Transistor als ein IGBT Q2 gezeigt, und das Stromerfassungsmittel ist über einen IGBT Q1 realisiert.
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1 zeigt einen beispielhaften Schaltplan, der zwei Transistoren Q1 und Q2 umfasst, die mit einem Widerstand R3 als temperaturabhängige Einrichtung in einer Einheit 101 kombiniert sind. Der Widerstand R3 kann einen positiven (oder negativen) Temperaturkoeffizienten besitzen und er kann mit den Transistoren Q1 und Q2 eingebettet sein. Die Transistoren Q1 und Q2 können IGBTs oder MOSFETs sein, die auf dem gleichen Stück Silizium verwendet werden. Die Transistoren Q1 und Q2 können sich eine Funktionseinheit teilen, die auf einem gemeinsamen (z.B. Emitter-)Bereich angeordnet sein kann. Die Funktionseinheit kann eine Vielzahl an Funktionselementen umfassen, die gemäß einem vorbestimmten Verhältnis von z.B. 1:10000 aufgeteilt sein können. Somit kann der Transistor Q1 als der Stromsensor wirken, der im Vergleich zum Transistor Q2 eine signifikant kleinere Strommenge führt. Die Transistoren Q1 und Q2 können diskrete Transistoren sein, wobei jeder der Transistoren ein aufgeteiltes Emitter-Pad oder ein aufgeteiltes Source-Pad besitzen kann. Die Transistoren Q1 und Q2 können insbesondere auf einem einzelnen Chip oder Die eingesetzt werden.
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Die Funktionseinheit kann auf einer Struktur basieren, insbesondere einem Bereich der Einrichtung. Der Bereich kann mindestens einen der folgenden umfassen: einen Gate-Source-Bereich, einen Basis-Emitter-Bereich, eine IGBT-Zelle, einen IGBT-Streifen usw. Zudem können auch Kombinationen der obigen als ein Bereich verwendet werden.
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Gemäß 1 ist die Gateelektrode des IGBT Q1 mit der Gateelektrode des IGBT Q2 verbunden. Die Kollektoren der IGBTs Q1 und Q2 sind verbunden und sind weiterhin mit einer Last R2 verbunden. Der Emitter des IGBT Q1 ist über einen Widerstand R4 (Erfassungswiderstand) mit Masse verbunden. Der Emitter des IGBT Q2 ist mit Masse verbunden. Die Gateelektrode des IGBT Q1 wird über eine Spannungsquelle V1 und einen Widerstand R1 gesteuert, und die Last R2 ist weiterhin über einen Induktor L mit einer Spannungsquelle V2 verbunden. Die Spannungsquellen V1 und V2 sowie die Last R2 in Kombination mit dem Induktor L sind nur beispielhafte Elemente einer Schaltungsanordnung, in der die Einheit 101 verwendet werden kann. Die Kombination aus der Last R2 und dem Induktor L wird auch als eine R-L-Last bezeichnet.
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Der Widerstand R3 kann als ein temperaturkompensierendes Element realisiert sein, das eine Zunahme beim Widerstandswert mit einer Zunahme bei der Temperatur zeigen kann. Somit ist eine Spannung, die an einem Knoten zwischen den Widerständen R3 und R4 bestimmt werden kann, d.h. als Spannung am Widerstand R4, die proportional zu dem durch den Stromerfassungswiderstand R4 fließenden Strom ist, durch Variationen der Temperatur im Wesentlichen ohne Vorspannung.
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Der Widerstand R4 kann insbesondere separat von der Einheit 101 eingesetzt werden, insbesondere außerhalb eines Chips, der die Einheit 101 umfasst.
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Der Widerstand R3 kann zusammen mit den IGBTs Q1 und Q2 in der Einheit 101 integriert sein. Der Temperaturkoeffizient des Widerstands R3 kann positiv, im Wesentlichen linear (entsprechend insbesondere dem Temperaturkoeffizienten der Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT Q1) und in einigen Fällen groß sein.
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Bei einigen Beispielen kann der Temperaturkoeffizient des Widerstands über 100 K mindestens +60% betragen. Beispielsweise kann der Widerstand R3 z.B. Nickel (67% über 100 K) betragen. Er kann einen Widerstandswert im Bereich von 1 Ohm und 10 Ohm bei einer Temperatur von 25°C besitzen. Bei einigen Beispielen kann die Genauigkeit des Widerstands R3 so hoch wie möglich sein, insbesondere besser als 5%. Der Widerstand R3 kann auch z.B. Aluminium, dotiertes Polysilizium, Beryllium (100% über 100 K), Titan, Titannitrid, Wolfram, Titan-Wolfram, Tantal, Tantalnitrid und/oder Kupfer umfassen. Es wird angemerkt, dass der Widerstand R3 insbesondere aus einem Material bestehen kann, das als eine Barrierenschicht verwendet werden kann.
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Wenn die Temperatur des IGBT ansteigt, steigt die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung VCEsat an. Wenn die Temperatur des MOSFET ansteigt, steigt die Drain-Source-Spannung aufgrund eines steigenden Widerstands RDSon an.
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Dieser Widerstand R3 kann den Erfassungsstrom führen (z.B. bis zu 100 mA). Somit kann der Widerstand R3 entsprechend eingestellt werden. Außerdem kann ein Stromerfassungsverhältnis zum Beispiel über Funktionseinheiten der Transistoren Q1 und Q2 eingestellt werden, um die Erfassungsstrommenge zu reduzieren und somit eine etwaige Überlastsituation am Widerstand R3 zu vermeiden. Beispielsweise können die Funktionseinheiten der Transistoren Q1 und Q2 mit einem Verhältnis von 1:10000 differieren (wobei der Transistor Q1 die kleinere Menge an Funktionseinheiten besitzt), um im Vergleich zu dem durch die Last und den Transistor Q2 fließenden Strom einen kleinen Erfassungsstrom zu gestatten.
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Als ein Beispiel kann der Widerstand R3 als ein resistives Element implementiert werden, z.B. eine resistive Schicht auf einem Chip. Das resistive Element kann Aluminium, Nickel, Wolfram, Eisen usw. umfassen. Das resistive Element kann sich in naher Nähe zum Transistor Q1 befinden. Das resistive Element kann ein lokal konzentriertes Element oder irgendwie über die Schaltungsanordnung verteilt sein.
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Die hierin beschriebenen Beispiele liefern eine ESD-Stabilität auch für den Transistor Q1, der anderweitig mit einem wesentlichen höheren Risiko, zerstört zu werden, konfrontiert sein kann, im Vergleich zum Transistor Q2, der eine wesentlich höhere Anzahl an Funktionselementen besitzt.
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Das in 1 gezeigte Beispiel gestattet eine temperaturkompensierte Strommessung. Als Option kann die Temperaturkompensation über den Widerstand R3 entfallen.
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Andererseits kann ein Temperatursensor gemäß dem Beispiel des Widerstands R3 oben bereitgestellt werden. Als Alternative kann der Temperatursensor eine Reihenschaltung aus mindestens einer pn-Diode umfassen, wobei optional eine weitere zweite Diode antiparallel zur Reihenschaltung vorgesehen ist. Diese antiparallele Diode kann insbesondere flaches Polysilizium mit einer geeigneten p- und n-Dotierung und einem metallischen Kontakt umfassen. Da die Kennlinie der Diode temperaturabhängig ist, kann ein angelegter Strom zum Bestimmen eines Spannungsabfalls Vf verwendet werden, was weiterhin das Bestimmen der Temperatur gestattet.
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Die Diode oder Dioden können auf einem thermischen Oxid (Isolator) oder einer anderen Oxidschicht mit isolierenden Eigenschaften oder einer Kombination von Schichten aufgebracht werden. Im Grunde kann die Diode oder können die Dioden auf einer beliebigen Art von Isolation gegenüber dem Siliziumvolumenmaterial aufgebracht werden.
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Die hierin beschriebenen Beispiele liefern ESD-Stabilität auch für den Temperatursensor, der im Vergleich zum Transistor ansonsten mit einem wesentlich höheren Risiko, zerstört zu werden, konfrontiert sein kann.
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2 zeigt einen beispielhaften Schaltplan, der einen Transistor 201 umfasst, der zusammen mit einem Temperatursensor 202 auf einem Chip 203 angeordnet ist. Der Temperatursensor 202 umfasst eine Reihenschaltung aus mehreren Dioden 205 und 206, wobei die Kathoden der Dioden 205 und 206 zu einem Anschluss 207 weisen (auch als Kathode des Temperatursensors 202 bezeichnet). Die Anode der Diode 205 ist mit einem Anschluss 208 verbunden, der die Anode des Temperatursensors 202 bestimmt. Eine Diode 204 ist an die Reihenschaltung geschaltet, die die Dioden 205 und 206 umfasst, wobei die Kathode der Diode 204 mit der Anode der Diode 205 verbunden ist und die Anode der Diode 204 mit der Kathode der Diode 206 verbunden ist. Die Diode 204 ist somit antiparallel zu der Reihenschaltung angeordnet, die die Dioden 205 und 206 umfasst.
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Es wird angemerkt, dass die Reihenschaltung, die die Dioden 205 und 206 umfasst, mehr als zwei Dioden umfassen kann, die dann die gleiche Orientierung wie die Dioden 205 und 206 besitzen können.
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Der Transistor 201 ist ein IGBT, der einen Kollektor 209, eine Gateelektrode 210 und einen Emitter 211 umfasst. Der Anschluss 207 des Temperatursensors 202 ist mit dem Emitter 211 verbunden. Somit besitzt die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung vier Anschlüsse, weil der Anschluss 207 und der Emitter 211 kombiniert sind.
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Durch Verbinden eines der Anschlüsse des Temperatursensors 202 mit dem Emitter 211 erreicht die Kathode des Temperatursensors 202 (falls der Anschluss 207 mit dem Emitter 211 verbunden ist) oder die Anode des Temperatursensors 202 (falls der Anschluss 208 mit dem Emitter 211 verbunden ist – in 2 nicht gezeigt) eine ESD-Stabilität, die der ESD-Stabilität des Emitters 211 des IGBT 201 entspricht.
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Der Emitter des IGBT 201 ist mit einer großen Kapazität verbunden, wodurch ein hoher Grad an ESD-Stabilität bereitgestellt wird. Außerdem öffnet der IGBT 201 im Fall einer potentialfreien Gateelektrode, was seine Leitfähigkeit erhöht.
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3 zeigt einen alternativen beispielhaften Schaltplan, der den Transistor 201 und den Temperatursensor 202 umfasst, wobei mindestens einer der Anschlüsse 207 oder 208 des Temperatursensors 202 über eine Schaltungsanordnung 301 an den Emitter 211 gekoppelt ist.
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In 3 ist der Anschluss 207 (die Kathode des Temperatursensors) über die Schaltungsanordnung 301 mit dem Emitter 211 verbunden. Die Schaltungsanordnung umfasst eine Reihenschaltung aus n pn-Dioden 302, 303 (z.B. Polysilizium auf einem Isolator), wobei die Kathoden dieser Dioden zum Emitter 211 zeigen. Eine antiparallele Diode 304 ist über der Reihenschaltung aus Dioden 302, 303 angeordnet.
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Im Fall eines ESD-Ereignisses kann sich die Ladung über die Dioden 302, 303 zum Emitter 211 ausgleichen. Der Temperatursensor 202 erhält somit die ESD-Stabilität des Emitters 211.
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Diese Lösung trägt den Vorteil, dass das Potential am Anschluss 207 vom Potential am Emitter 211 in einem Ausmaß verschieden sein kann, das über die n Dioden 302, 303 eingestellt werden kann. Falls (bei Raumtemperatur) eine Spannung von 0,7 V über jeder der Dioden 302, 303 abfällt, kann eine Anzahl von n Dioden verwendet werden, um das Potential Vk an der Kathode (Anschluss 207) des Temperatursensors einzustellen gemäß Vk = 0,7V·n.
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Das Verwenden von Polysilizium trägt den Vorteil, dass keine signifikanten parasitären Effekte auftreten. Somit kann eine signifikante Anzahl an n Dioden in Reihe angeordnet werden, ohne den Leckstrom während des normalen Betriebs wesentlich zu erhöhen.
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Es wird angemerkt, dass die Schaltungsanordnung 301 zwischen dem Anschluss 207 des Temperatursensors 202 und dem Emitter 211 und/oder zwischen dem Anschluss 208 des Temperatursensors 202 und dem Emitter 211 angeordnet sein kann.
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4 zeigt einen weiteren alternativen beispielhaften Schaltplan, der den IGBT 201, einen Transistor 401 (z.B. einen IGBT, der Kollektor, Emitter und Gateelektrode umfasst) und den Temperatursensor 202 umfasst.
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Der Kollektor des IGBT 401 ist mit dem Kollektor 209 des IGBT 201 verbunden, der Emitter des IGBT 401 ist mit dem Anschluss 208 verbunden und die Gateelektrode des IGBT 401 ist mit dem Anschluss 207 des Temperatursensors 202 verbunden.
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Bei einigen Beispielen sind die Gateelektroden des IGBT 201 und des IGBT 401 physisch voneinander getrennt.
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Im Fall eines ESD-Ereignisses zwischen dem Anschluss 207 (Kathode des Temperatursensors 202) und einem der anderen Kontakte (209 bis 211) ist die Gateelektrode des IGBT 201 potentialfrei und der IGBT 201 öffnet während des ESD-Ereignisses; dies führt zu einer Aktivierung des IGBT 401, was das Ausgleichen der Ladung gestattet.
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Im Fall eines ESD-Ereignisses zwischen den Anschlüssen 207 und 208 wird die ESD-Stabilität durch die Kette aus Reihendioden des Temperatursensors 202 definiert.
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Der Temperatursensor 202 kann (mindestens) vier pn-Dioden in Reihe umfassen, was zu einer Durchlassspannung Vf von 2,8 V führt. Bei einigen Beispielen kann die Durchlassspannung unter der Schwellwertspannung des IGBT 401 liegen, was zum Beispiel zu 5,8 V führt.
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Dieses Beispiel gestattet eine große Variation an Spannungen, insbesondere an den Ausgangsanschlüssen 207 und 208 des Temperatursensors 202.
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5 zeigt einen weiteren alternativen beispielhaften Schaltplan auf der Basis von 4. Im Gegensatz zu der Ausführungsform von 4 zeigt 5 einen symmetrischen Fall für beide Anschlüsse 207 und 208 des Temperatursensors 202. Ein zusätzlicher Transistor 501 ist als ein IGBT vorgesehen, wobei der Kollektor des IGBT 501 mit dem Kollektor 209 des IGBT 201 verbunden ist, die Gateelektrode des IGBT 501 mit dem Anschluss 208 verbunden ist und der Emitter des IGBT 501 mit dem Anschluss 207 verbunden ist.
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Wenngleich verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung offenbart worden sind, ist für den Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, die einige der Vorteile der Erfindung erzielen, ohne von dem Gedanken und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Es ist für den Durchschnittsfachmann offensichtlich, dass andere Komponenten, die die gleichen Funktionen erfüllen, geeigneterweise substituiert werden können. Es sollte erwähnt werden, dass unter Bezugnahme auf eine spezifische Figur erläuterte Merkmale mit Merkmalen anderer Figuren kombiniert werden können, selbst in jenen Fällen, in denen dies nicht explizit erwähnt worden ist. Weiterhin können die Verfahren der Erfindung entweder ganz in Softwareimplementierungen, wobei die entsprechenden Prozessoranweisungen verwendet werden, oder in Hybridimplementierungen, die eine Kombination aus Hardwarelogik und Softwarelogik nutzen, um die gleichen Ergebnisse zu erzielen, erzielt werden. Solche Modifikationen an dem erfindungsgemäßen Konzept sollen durch die beigefügten Ansprüche abgedeckt sein.
