DE102016110035A1 - Elektrische Baugruppe, die eine bipolare Schaltvorrichtung und einen Transistor mit breiter Bandlücke umfasst - Google Patents

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Abstract

Eine elektrische Baugruppe umfasst eine bipolare Schaltvorrichtung (510) und eine Transistorschaltung (560). Die Transistorschaltung (560) ist mit der bipolaren Schaltvorrichtung (510) elektrisch parallel verbunden und umfasst einen selbstleitenden Transistor (560a) mit breiter Bandlücke.

Description

  • HINTERGRUND
  • IGBTs (Bipolartransistoren mit isoliertem Gate), z. B. RC-IGBTs (rückwärts leitende IGBTs), kombinieren einen IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate) und einen bipolaren Leistungstransistor, wobei der IGFET den bipolaren Leistungstransistor aus- und einschaltet. IGBTs kombinieren die Eingangscharakteristiken unipolarer IGFETs mit der Tauglichkeit für hohe Ströme und niedrige Sättigungsspannungen eines bipolaren Leistungstransistors und können in hocheffizienten geschalteten Netzteilen, Motorsteuerungen, Induktionsheizungs- und anderen Anwendungen genutzt werden. Die Vorrichtungscharakteristiken von IGBTs sind ein Kompromiss zwischen Beschränkungen im Hinblick auf Einschaltwiderstand, Umkehr- bzw. Sperrerholungsladung, Unempfindlichkeit gegen Lawinen und Kurzschlüsse, Ausbeute und Kosten.
  • Es ist wünschenswert, die Vorrichtungscharakteristiken von IGBTs in elektrischen Schaltungen zu verbessern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Abhängige Ansprüche beziehen sich auf weitere Ausführungsformen.
  • Gemäß einer Ausführungsform enthält eine elektrische Baugruppe eine bipolare Schaltvorrichtung und eine Transistorschaltung, die mit der bipolaren Schaltvorrichtung elektrisch parallel verbunden ist und die einen selbstleitenden Transistor mit breiter bzw. großer Bandlücke enthält.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform enthält eine elektrische Baugruppe eine bipolare Schaltvorrichtung und eine Transistorschaltung, die mit der bipolaren Schaltvorrichtung elektrisch parallel verbunden ist und die einen selbstleitenden Sperrschicht- bzw. Junction-Feldeffekttransistor enthält. Der Junction-Feldeffekttransistor enthält einen Halbleiterbereich aus Siliziumcarbid.
  • Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleitenden Zeichnungen erkennen.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis der Erfindung zu liefern, und sie sind in die Offenbarung dieser Erfindung einbezogen und bilden einen Teil von ihr. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern der Prinzipien. Andere Ausführungsformen der Erfindung und beabsichtigte Vorteile werden sofort gewürdigt, da sie unter Hinweis auf die folgende Detailbeschreibung besser verstanden werden.
  • 1A ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe, die eine Parallelschaltung einer bipolaren Schaltvorrichtung und einer Transistorschaltung enthält, die einen selbstleitenden WBGT (Transistor mit breiter Bandlücke) gemäß einer Ausführungsform umfasst.
  • 1B ist ein schematisches Diagramm, das Durchlass- bzw. Vorwärts-I/V-Kennlinien der bipolaren Schaltvorrichtung und des selbstleitenden WBGT der elektrischen Baugruppe von 1A gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
  • 1C ist ein schematisches Diagramm, das Sperr- bzw. Rückwärts-I/V-Kennlinien der bipolaren Schaltvorrichtung und eines selbstleitenden WBGT der elektrischen Baugruppe von 1A gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
  • 2A ist ein schematisches Diagramm, das Vorwärts-I/V-Kennlinien eines selbstleitenden JFET bei verschiedenen Gatespannungen zeigt, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
  • 2B ist ein schematisches Diagramm, das Rückwärts-I/V-Kennlinien eines selbstleitenden JFET bei verschiedenen Gatespannungen zeigt, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
  • 2C ist ein schematisches Diagramm, das Rückwärts-I/V-Kennlinien eines selbstleitenden HEMT (Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit) bei verschiedenen Gatespannungen zeigt, um Effekte der Ausführungsformen zu diskutieren.
  • 3A ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die eine Parallelschaltung des RC-IGBT und eines selbstleitenden JFET ohne integrierte Bodydiode betrifft.
  • 3B ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die eine Parallelschaltung eines RC-IGBT und eines selbstleitenden JFET mit integrierter Bodydiode betrifft.
  • 3C ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die eine Parallelschaltung eines rückwärts sperrenden IGBT und eines selbstleitenden JFET mit integrierter Bodydiode betrifft.
  • 3D ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die eine Parallelschaltung eines rückwärts sperrenden IGBT und eines selbstleitenden SiC-MOSFET mit integrierter Bodydiode betrifft.
  • 3E ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die eine Parallelschaltung eines rückwärts sperrenden IGBT und eines selbstleitenden GaN-HEMT betrifft.
  • 4A ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines SiC-JFET, der ein horizontales Kanalgebiet und ein Abschirmgebiet enthält, das als Anodengebiet einer integrierten Bodydiode wirksam ist, gemäß einer Ausführungsform.
  • 4B ist eine schematische vertikale Querschnittsansicht eines Bereichs eines SiC-JFET, der ein vertikales Kanalgebiet und ein Abschirmgebiet enthält, das als Anodengebiet einer integrierten Bodydiode wirksam ist, gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • 5 ist ein schematisches Schaltbild einer Transistorschaltung, die eine Kaskodenkonfiguration eine IGFET und eines selbstleitenden WBGT gemäß einer Ausführungsform enthält.
  • 6A ist ein schematisches Schaltbild einer Transistorschaltung, die eine spannungsbegrenzende Vorrichtung im Steuerungspfad gemäß einer Ausführungsform basierend auf einer Reihenschaltung der spannungsbeschränkenden Vorrichtung enthält.
  • 6B ist ein schematisches Schaltbild einer Transistorschaltung, die eine spannungsbegrenzende Vorrichtung im Steuerungspfad gemäß einer Ausführungsform enthält, die auf einer Parallelschaltung der spannungsbegrenzenden Vorrichtung basiert.
  • 7A ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe, die eine Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform enthält, die eine separate Steuerung eines IGBT und eines selbstleitenden JFET betrifft.
  • 7B ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe, die eine Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform enthält, die eine gemeinsame Steuerung eines IGBT und eines selbstleitenden JFET betrifft.
  • 8 ist ein schematisches Schaltbild einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die einen Silizium-RC-IGBT, einen SiC-JFET und eine SiC-Klemmdiode enthält.
  • 9A ist eine schematische Draufsicht einer direkten kupfergebondeten Platine mit einer elektrischen Baugruppe gemäß einer Ausführungsform, die einen Silizium-RC-IGBT, einen SiC-JFET und eine SiC-Klemmdiode enthält.
  • 9B ist eine schematische Draufsicht einer direkten kupfergebondeten Platine mit einer elektrischen Baugruppe gemäß einer anderen Ausführungsform mit einem Streifenleiter, der eine Schleife zwischen einem Silizium-RC-IGBT und einem SiC-JFET bildet.
  • 10 ist ein schematisches Diagramm einer Halbbrückenschaltung, die SiC-JFETs, die mit Silizium-RC-IGBTs parallel verbunden sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst.
  • 11 ist ein schematisches Diagramm eines Smart-IGBT-Moduls, das SiC-JFETs, die mit Silizium-RC-IGBTs parallel verbunden sind, gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst.
  • DETAILBESCHREIBUNG
  • In der folgenden Detailbeschreibung wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen für Veranschaulichungszwecke spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgestaltet werden kann. Es ist zu verstehen, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die für eine Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei oder im Zusammenhang mit anderen Ausführungsformen verwendet werden, um zu noch einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Es ist beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen umfasst. Die Beispiele sind mittels einer spezifischen Sprache beschrieben, die nicht als den Umfang der beigefügten Patentansprüche begrenzend aufgefasst werden sollte. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich für Veranschaulichungszwecke. Der Klarheit halber sind die gleichen Elemente mit entsprechenden Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen versehen, falls nicht etwas anderes festgestellt wird.
  • Die Begriffe ”haben”, ”enthalten”, ”umfassen”, ”aufweisen” und ähnliche Begriffe sind offene Begriffe, und diese Begriffe geben das Vorhandensein der festgestellten Strukturen, Elemente oder Merkmale an, schließen jedoch das Vorhandensein von zusätzlichen Elementen oder Merkmalen nicht aus. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, falls sich aus dem Zusammenhang nicht klar etwas anderes ergibt.
  • Der Begriff ”elektrisch verbunden” beschreibt eine permanente niederohmige Verbindung zwischen elektrisch verbundenen Elementen, beispielsweise einen direkten Kontakt zwischen den betreffenden Elementen, oder eine niederohmige Verbindung über ein Metall und/oder einen hochdotierten Halbleiter. Der Begriff ”elektrisch gekoppelt” umfasst, dass ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente, die für eine Signalübertragung gestaltet sind, zwischen den elektrisch gekoppelten Elementen vorhanden sein können, beispielsweise Elemente, die zeitweise eine niederohmige Verbindung in einem ersten Zustand und eine hochohmige elektrische Entkopplung in einem zweiten Zustand vorsehen.
  • Die Figuren veranschaulichen relative Dotierungskonzentrationen durch Angabe von ”–” oder ”+” neben dem Dotierungstyp ”n” oder ”p”. Beispielsweise bedeutet ”n–” eine Dotierungskonzentration, die niedriger als die Dotierungskonzentration eines ”n”-Dotierungsgebiets ist, während ein ”n+”-Dotierungsgebiet eine höhere Dotierungskonzentration hat als ein ”n”-Dotierungsgebiet. Dotierungsgebiete der gleichen relativen Dotierungskonzentration haben nicht notwendigerweise die gleiche absolute Dotierungskonzentration. Beispielsweise können zwei verschiedene ”n”-Dotierungsgebiete die gleichen oder verschiedene absolute Dotierungskonzentrationen haben.
  • 1A bis 1C beziehen sich auf eine elektrische Baugruppe 500, die einen High-Side-Schalter bilden oder ein Teil davon sein kann oder die einen Low-Side-Schalter einer Halbbrückenschaltung bilden oder ein Teil davon sein kann, wobei die Halbbrückenschaltung Teil einer H-Brücke, eines Motor-Controllers oder eines geschalteten Leistungswandlers, z. B. eines DC/DC-Leistungswandlers, eines DC/AC-Leistungswandlers, eines AC/AC-Leistungswandlers oder eines AC/DC-Wandlers, sein kann. Gemäß anderen Ausführungsformen kann die elektrische Baugruppe 500 ein mehrstufiger Inverter, z. B. ein mehrstufiger NPC-(an Nullleiter geklemmter)Inverter oder ein PFC-(Leistungsfaktorkorrektur-)Wandler sein.
  • 1A zeigt die elektrische Baugruppe 500, die eine bipolare Schaltvorrichtung 510, z. B. einen IGBT 511 ohne Bodydiode oder einen RC-IGBT 512 mit integrierter Bodydiode 519, umfasst, wobei der RC-IGBT 512 nur einen Typ von Transistorzellen zum Steuern eines Laststroms umfassen kann oder zusätzliche Transistorzellen umfassen kann, die für eine Entsättigung selektiv oder exklusiv genutzt werden. Ein Lastpfad der bipolaren Schaltvorrichtung 510 ist zwischen einen ersten und einen zweiten Lastanschluss L1, L2 der elektrischen Baugruppe 500 elektrisch geschaltet.
  • Eine Transistorschaltung 560 ist mit der bipolaren Schaltvorrichtung 510 zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen L1, L2 elektrisch parallel verbunden. Die Transistorschaltung 560 umfasst einen selbstleitenden Transistor 560a mit breiter Bandlücke. Der selbstleitende Transistor 560a mit breiter Bandlücke kann beispielsweise ein selbstleitender SiC-JFET, ein SiC-MOSFET oder ein GaN-HEMT sein.
  • Einer der ersten und zweiten Lastanschlüsse L1, L2, zum Beispiel der erste Lastanschluss L1, liegt an der Netz- bzw. Versorgungsseite und kann mit einer Stromversorgung elektrisch gekoppelt sein. Der andere der ersten und zweiten Lastanschlüsse L1, L2, zum Beispiel der zweite Lastanschluss L2, liegt an der Lastseite und kann mit einer Last elektrisch gekoppelt sein, der die Stromversorgung über die elektrische Baugruppe 500 einen Laststrom bereitstellt.
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Kombinationen von rückwärts sperrenden n-Kanal-IGBTs 511 oder RC-IGBTs 512 mit n-Kanal-WBGTs. Ähnliche Betrachtungen finden Anwendung für Kombinationen von rückwärts sperrenden p-Kanal-IGBTs 511 oder RC-IGBTs 512 mit p-Kanal-WBGTs.
  • Ein über einen ersten Steueranschluss CTR1 der elektrischen Baugruppe 500 einem Gateanschluss des IGBT 511 oder RC-IGBT 512 bereitgestelltes erstes Steuersignal steuert Transistorzellen der bipolaren Schaltvorrichtung 510 durch Feldeffekt und schaltet die Transistorzellen ein und aus, indem Inversionskanäle durch Bodygebiete gebildet werden, die eine Drainstruktur von Sourcegebieten trennen und die pn-Übergänge mit sowohl der Drainstruktur als auch den Sourcegebieten der bipolaren Schaltvorrichtung 510 bilden.
  • Ein zweites Steuersignal, welches von dem an den ersten Steueranschluss CTR1 angelegten ersten Steuersignal abgeleitet werden kann oder welches in einen gewissen Grad unabhängig vom ersten Steuersignal erzeugt werden kann, kann über einen zweiten Steueranschluss CTR2, der der Transistorschaltung 560 zugeordnet ist, einem Gateanschluss des WBGT 560a bereitgestellt werden und kann den WBGT 560a ein- oder ausschalten.
  • 1B zeigt die Vorwärts-I/V-Kennlinien 401 eines IGBT der bipolaren Schaltvorrichtung 510 und die Vorwärts-I/V-Kennlinien 405 eines WBGT des selbstleitenden WBGT 560a. Unter Vorwärtsvorspannung bzw. Durchlassspannung fällt eine positive Durchlassspannung VF zwischen den ersten und zweiten Lastanschlüssen L1, L2 der elektrischen Baugruppe 500 ab, so dass die Transistorschaltung 560 und die bipolare Schaltvorrichtung 510 in Durchlassrichtung gepolt sind und einen Laststrom zwischen dem ersten Lastanschluss L1 und dem zweiten Lastanschluss L2 der elektrischen Baugruppe 500 als Antwort auf die an die ersten und zweiten Steueranschlüsse CTR1, CTR2 angelegten ersten und zweiten Steuersignale schalten.
  • Bei einer positiven Gatespannung VGE bei CTR1, die größer als eine Schwellenspannung ist, z. B. +15 V, ist der IGBT 511 oder RC-IGBT 512 eingeschaltet, und für VF > 0 führt er einen Kollektorstrom IC. Der selbstleitende WBGT 560a ist eingeschaltet und bildet Leitungskanäle, die einen Drainstrom ID bei einer beliebigen Vorwärts- bzw. Durchlassspannung VF > 0 V führen. Bei Niederstrombedingungen mit nur einem niedrigen gesamten Durchlassstrom IFT durch die elektrische Baugruppe 500 übernimmt der WBGT 560a einen Großteil des Durchlassstroms IFT, wobei der Spannungsabfall über den WBGT 560a kleiner ist als er wäre, falls der IGBT 511 oder RC-IGBT 512 den gleichen Strom leiten würden. Indem ein Großteil des gesamten Durchlassstroms IFT bei einer niedrigeren Durchlassspannung VF als ein typischer Silizium-pn-Übergang übernommen wird, verbessert der selbstleitende WBGT 560a signifikant einen Leistungsverbrauch unter einer Bedingung eines offenen Schaltkreises sowie eine Leistungsumwandlungseffizienz unter Niederlastbedingung, wobei die bipolare Schaltvorrichtung 510 ein rückwärts sperrender IGBT 511 oder ein RC-IBGT mit Bodydiode 519 sein kann.
  • Auf der anderen Seite führt bei hohen Durchlassströmen IR die bipolare Schaltvorrichtung 510 einen Großteil des Stroms, und die elektrische Baugruppe 500 profitiert von den niedrigeren Leitungsverlusten verglichen mit denjenigen, die ein WBGT als eine einzelne Vorrichtung beim gleichen Strom aufweisen würde.
  • Die bipolare Schaltvorrichtung 510 kann einen signifikanten Snap-back in einem Bereich des Kollektorstroms IC durch die in Durchlassrichtung gepolte bipolare Schaltvorrichtung 510 zeigen, der niedriger als ein Snap-back-Haltestrom IH ist, wobei bei zunehmendem Kollektorstrom IC die Spannung über die bipolare Schaltvorrichtung 510 zunächst auf eine maximale Snap-back-Spannung VSB ansteigt und bei weiter ansteigendem Kollektorstrom auf eine Snap-back-Haltespannung VH abnimmt, von welcher aus die Spannung mit weiter zunehmendem Kollektorstrom IC wieder ansteigt.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest bis zum Snap-back-Strom ISB, z. B. bis zum Snap-back-Haltestrom IH bis zum Zweifachen oder Zehnfachen des Snap-back-Haltestroms IH, die Vorwärts-I/V-Kennlinie 405 eines WBGT des in Durchlassrichtung gepolten WBGT auf der linken Seite der Vorwärts-I/V-Kennlinie 401 eines IGBT, so dass zumindest bis zum Snap-back-Strom ISB, zum Snap-back-Haltestrom IH, zum Zweifachen des Snap-back-Haltestroms IH oder zum Zehnfachen des Snap-back-Haltestroms IH der Drainstrom ID durch die Transistorschaltung 560 größer ist als der Kollektorstrom IC durch die bipolare Schaltvorrichtung 510.
  • Da die Transistorschaltung 560 einen größeren Teil des gesamten Durchlassstroms IFT durch die elektrische Baugruppe 500 als der IGBT 511 im Snap-back-Betriebsbereich führt, ist in der gesamten Vorwärts-I/V-Kennlinie 406 der elektrischen Baugruppe 500 die effektive Amplitude des Snap-back signifikant reduziert, so dass nachteilige Effekte des Snap-back auf die Schaltungsumgebung gedämpft werden.
  • Da das Snap-back-Verhalten des IGBT 511 oder des RC-IGBT 512 in einem geringeren Maße zum Tragen kommt, kann der IGBT 511 oder RC-IGBT 512 mit einem ausgeprägteren Snap-back ausgelegt werden, da die Transistorschaltung 560 den Effekt des Snap-back auf die Anwendung teilweise unterdrückt.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich kann ein Sättigungsstrom ID,sat des WBGT 560a niedriger als ein Sättigungsstrom IC,sat der bipolaren Schaltvorrichtung 510 sein. Der WBGT 560a begrenzt dann den Strom durch die bipolare Schaltvorrichtung 510 unter Kurzschlussbedingungen. Kombiniert mit der hohen Unempfindlichkeit gegen Kurzschluss des WBGT 560a ermöglicht eine solche Strombeschränkung die Verwendung bipolarer Schaltvorrichtungen 510 mit einer geringeren Unempfindlichkeit gegen Kurzschlüsse und kleinerer aktiver Fläche.
  • Alternativ dazu kann der Sättigungsstrom ID,sat des WBGT 560a doppelt oder viermal so hoch wie ein nominaler Diodendurchlassstrom IF der bipolaren Schaltvorrichtung 510 sein, so dass die bipolare Schaltvorrichtung 510 den WBGT 560a gegen Kurzschlussbedingungen schützt, wobei die aktive Fläche des WBGT 560a vergleichsweise klein sein kann, um Kosten zu sparen.
  • Wenn von einem Einschaltpegel aus beginnend das erste Steuersignal, das an den ersten Steueranschluss CTR1 angelegt wird, unter eine Schwellenspannung des IGBT 511 oder RC-IGBT 512 fällt, bestehen die gate-gesteuerten Inversionskanäle der Transistorzellen in der bipolaren Schaltvorrichtung 510 nicht mehr, und die bipolare Schaltvorrichtung 510 sperrt. Für eine Schwellenspannung Vth1 von etwa 4 V kann die Gate-Emitter-Spannung VGE beispielsweise auf 0 V oder –15 V fallen.
  • Wenn von dem Einschaltpegel aus beginnend das zweite Steuersignal, das an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegt wird, unter eine jeweilige Schwellenspannung Vth2 des WBGT 560a fällt, sperrt auch der WBGT 560a. Für eine Schwellenspannung Vth2 von etwa –10 V kann die Gate-Source-Spannung VGS zum Beispiel auf –15 V oder auf –20 V fallen.
  • Unter Rückwärtsvorspannung bzw. Sperrspannung der elektrischen Baugruppe 500 ist die bipolare Schaltvorrichtung 510 in Sperrrichtung gepolt. Eine Bodydiode 519 des RC-IGBT 512 ist in Durchlassrichtung gepolt und kann einen Sperrstrom IRC des RC-IGBT 512 leiten. Ein Datenblatt eines RC-IGBT 512 definiert typischerweise einen nominalen Diodendurchlassstrom IF für den Sperrstrom IRC, bis zu welchem ein Rückwärts- bzw. Sperrbetrieb des RC-IGBT 512 sicher ist. Wenn alle Transistorzellen des RC-IGBT 511 aus sind, ist der Sperrstrom IRC ein bipolarer Strom und entspricht dem Diodendurchlassstrom der Bodydiode 519. Der bipolare Strom erzeugt ein dichtes Ladungsträgerplasma in einem Halbleiterbereich des RC-IGBT 512. Je dichter das Ladungsträgerplasma ist, desto niedriger ist ein ohmscher Widerstand RTH des RC-IGBT 512 unter Sperrspannung.
  • 1C zeigt eine I/V-Kennlinie 411 einer Sättigung des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512, wobei die I/V-Kennlinie 411 einer Sättigung sich aus dem bipolaren Strom durch die Bodydiode 519 ergibt, falls gate-gesteuerte Kanäle etwaiger Entsättigungstransistorzellen, die für eine Entsättigung genutzt werden, ausgeschaltet sind. Während einer Sättigung kann die Gate-Emitter-Spannung VGE beispielsweise 0 V oder –15 V betragen.
  • Die Entsättigungstransistorzellen können einige der Transistorzellen sein, die den Laststrom durch die bipolare Schaltvorrichtung 510 unter Durchlassspannung steuern oder können zusätzliche Transistorzellen sein, die unter Durchlassspannung nicht genutzt werden.
  • Für ein zeitweiliges Entsättigen des RC-IGBT 512 vor einer Kommutierung schaltet das an den ersten Steueranschluss CTR1 angelegte Steuersignal die Entsättigungstransistorzellen ein. Die gate-gesteuerten Kanäle der Entsättigungstransistorzellen beginnen, zumindest einen Teil des Sperrstroms IR durch die elektrische Baugruppe 500 zu führen. Während einer Entsättigung kann die Gate-Emitter-Spannung VGE beispielsweise –15 V oder 0 V betragen, ist aber von der Gate-Emitter-Spannung VGE für eine Sättigung verschieden.
  • Im Ein-Zustand reduzieren die gate-gesteuerten Kanäle der Entsättigungstransistorzellen den Spannungsabfall über zumindest Bereiche aller oder einiger der pn-Übergänge der Bodydiode 519 auf unterhalb des eingebauten Potentials, so dass die betreffenden Bereiche der pn-Übergänge nicht länger Ladungsträger injizieren. Statt eines vollständig bipolaren Stroms substituiert zumindest in Teilen des Halbleiterbereichs ein unipolarer Strom den bipolaren Strom im Ein-Zustand der Entsättigungstransistorzellen. Da die Injektion von Ladungsträgern entlang zumindest Bereichen von einigen der pn-Übergänge der Bodydiode 519 unterdrückt wird, fällt eine Dichte des Ladungsträgerplasmas, und der elektrische Widerstand nimmt zu.
  • Der verbleibende Sperrstrom definiert eine I/V-Kennlinie 412 einer Entsättigung des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512. Da das Ladungsträgerplasma bezüglich des gesättigten Zustands weniger dicht ist, wird in Bezug auf die I/V-Kennlinie 411 einer Sättigung die I/V-Kennlinie 412 einer Entsättigung für den gleichen Sperrstrom IRC durch den RC-IGBT 512 zu höheren Werten der Sperrspannung VR verschoben. Der ohmsche Rücklaufwiderstand Rrev ist signifikant größer als für den hohen bipolaren Strom des gesättigten RC-IGBT 512 und hat einen höheren Spannungsabfall über den RC-IGBT 512 für den gleichen Sperrstrom IRC durch den RC-IGBT 512 oder einen kleineren Sperrstrom IRC bei der gleichen Sperrspannung VR zur Folge.
  • Unter Sperrspannung der elektrischen Baugruppe 500 ist der WBGT 560a in Sperrrichtung gepolt. Für eine Gate-Source-Spannung VGS am zweiten Steueranschluss CTR2 der Transistorschaltung 560 oberhalb der Schwellenspannung Vth2 des WBGT 560a kann eine Rückwärts-I/V-Kennlinie eines SiC-JFET, der als WBGT 560a genutzt wird, dem Wesen nach annähernd ohmsch sein. Oberhalb einer Spannung von etwa –10 V kann der als WBGT 560a genutzte SiC-JFET eine erste ohmsche Rückwärts-I/V-Kennlinie 415a für VGS = 15 V und eine zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b für VGS = 0 V zeigen, wie in 1C schematisch veranschaulicht ist. In beiden Fällen sind die Leitungskanäle des als WBGT 560a genutzten SiC-JFET nicht abgeschnürt.
  • Falls die Gate-Source-Spannung VGS am zweiten Steueranschluss CTR2 der Transistorschaltung 560 die Leitungskanäle des als WBGT 560a genutzten SiC-JFET z. B. bei VGS = –15 V abschnürt, bestimmt die Dioden-I/V-Kennlinie 416 der Bodydiode 569 des WBGT 560a den Betriebsmodus des WBGT 560a unter Sperrspannung.
  • Die ersten und zweiten ohmschen I/V-Kennlinien 415a, 415b sowie die Dioden-I/V-Kennlinie 416 sind eine Funktion von Typ, Layout, Abmessungen, Dotierstoffgradienten und Dotierstoffkonzentrationen in dem WBGT 560a. Die an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegte Gate-Source-Spannung VGS kann auf die Anwendung zugeschnitten werden. Die Leitfähigkeit des WBGT 560a kann für Sättigung und Entsättigung verschieden sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein als WBGT 560a genutzter SiC-JFET während einer Sättigung nicht abgeschnürt, und Material, Abmessungen, Layout, Dotierstoffkonzentrationen und Dotierstoffgradienten des SiC-JFET sind so abgestimmt, dass unterhalb des nominalen Diodendurchlassstroms IF des RC-IGBT 512 die zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b die I/V-Kennlinie 411 einer Sättigung des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512 in einem Bereich des Sperrstroms IR bis zu 0,1·IF schneidet.
  • Bei Niederstrombedingungen mit nur einem niedrigen Sperrstrom IR durch die elektrische Baugruppe 500 übernimmt der WBGT 560a einen Großteil des gesamten Sperrstroms IR bei einer niedrigeren Sperrspannung VR als für einen typischen pn-Übergang, so dass zum Beispiel ein Leistungsverbrauch unter Bedingungen eines offenen Schaltkreises und eine Leistungsumwandlungseffizienz unter Niederlastbedingungen signifikant verbessert werden können.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich wird während einer Entsättigung des RC-IGBT 512 ein an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegtes Steuersignal so ausgewählt, dass es den leitfähigen Kanal in einem als WBGT 560a genutzten SiC-JFET nicht abschnürt, so dass die I/V-Kennlinie des WBGT 560a dem Wesen nach ohmsch ist, z. B. die erste ohmsche I/V-Kennlinie 415a oder die zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b. Die einschlägige ohmsche I/V-Kennlinie 415a, 415b kann so eingestellt werden, dass der Sperrstrom IRJ durch die Transistorschaltung 560 größer ist als der Sperrstrom IRC durch den in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512 während einer Entsättigung zumindest für einen gesamten Sperrstrom IR zwischen einer unteren Grenze in einem Bereich von 0,25·IF bis 0,5·IF und einer oberen Grenze in einem Bereich von 0,5·IF bis IF, wobei IF der nominale Diodendurchlassstrom ist, bis zu welchem der Betrieb des RC-IGBT 512 z. B. zumindest für IR gleich oder größer als IF sicher ist.
  • Als Konsequenz werden innerhalb des kompletten nominalen Betriebsbereichs des RC-IGBT 512 während einer Entsättigung nur wenige Ladungsträger in einen Halbleiterbereich des RC-IGBT 512 injiziert, so dass eine Entsättigungseffizienz hoch ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform sind Typ, Layout, Abmessungen, Dotierstoffgradienten und Dotierstoffkonzentrationen des WBGT 560a so definiert, dass für Sperrströme IRC des RC-IGBT 512 bis zu zumindest dem Einfachen, dem Zweifachen oder Vierfachen des nominalen Diodendurchlassstroms des RC-IGBT 512 die zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b auf der linken Seite der I/V-Kennlinie einer Entsättigung des RC-IGBT 512 ist. Mit anderen Worten führt zumindest innerhalb des nominalen Betriebsbereichs der WBGT 560a den größeren Teil des gesamten Sperrstroms IR durch die elektrische Baugruppe 500 während einer Entsättigung, und der Sperrstrom IRJ durch die Transistorschaltung 560 ist größer als der Sperrstrom IRC durch den in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512.
  • In dem in Sperrrichtung gepolten Sättigungsmodus des RC-IGBT 512 sind typischerweise alle Entsättigungstransistorzellen aus, so dass der ausschließlich bipolare Strom eine hohe Dichte des Ladungsträgerplasmas und einen niedrigen ohmschen Widerstand des RC-IGBT 512 sicherstellt. Da das Ladungsträgerplasma hoher Dichte Schaltverluste erhöht, werden herkömmliche, entsättigbare, rückwärts leitende bipolare Schaltvorrichtungen, z. B. RCDC-(rückwärts leitende Diodensteuerungs-)IGBTs, vor einer Kommutierung entsättigt, indem die Entsättigungstransistorzellen in einer Entsättigungsperiode eingeschaltet werden, die der Kommutierung vorausgeht, die dem Übergang von in Sperrrichtung gepolt zu in Durchlassrichtung gepolt folgt.
  • Die betreffenden Transistorzellen für eine Entsättigung schalten typischerweise wieder rechtzeitig vor einer Kommutierung aus, so dass der RC-IGBT 512 zu der Zeit, zu der eine Kommutierung beginnt, sicher sperrt. Auf diese Weise können kritische Schaltungszustände vermieden werden, zum Beispiel ein Kurzschlusszustand, bei dem sowohl der High-Side- als auch der Low-Side-Schalter einer Halbbrückenschaltung eingeschaltet sind. Während einer Entsättigung fließt ein unipolarer Strom durch die Transistorzellen für eine Entsättigung, und ein bipolarer Strom kann in Gebieten ohne eingeschaltete Transistorzellen für eine Entsättigung fließen, um den Sperrstrom bei einer ausreichend niedrigen Sperrspannung VR fließen zu lassen. Als Konsequenz sind auch Ladungsträger im Halbleiterbereich während einer Entsättigung vorhanden. In einer Sicherheitsperiode zwischen dem Ende einer Entsättigung und Beginn einer Kommutierung löst ein bipolarer Strom wieder den unipolaren Stromfluss durch die Transistorzellen für eine Entsättigung ab, wobei in dem Halbleiterbereich schon vorhandene Ladungsträger einen Einfluss auf das Startniveau des Anstiegs der Ladungsträgerdichte haben.
  • Falls während einer Entsättigung der Betriebsmodus des WBGT 560a durch eine I/V-Kennlinie beschrieben wird, die der zweiten ohmschen I/V-Kennlinie 415b von 1C zumindest ähnlich ist, kann ein signifikanter Teil des Sperrstroms IR durch die elektrische Baugruppe 500 als Sperrstrom IRJ durch den WBGT 560a fließen, und nur wenige Ladungsträger fließen während einer Entsättigung durch den RC-IGBT 512.
  • Da die bipolare Schaltvorrichtung 510 nahezu vollständig ausgeschaltet ist, wird eine höhere Spannung benötigt, um die bipolare Schaltvorrichtung 510 einzuschalten. Dies in Kombination mit einer zwischen dem RC-IGBT 512 und dem WBGT 560a effektiven Induktivität behindert eine schnelle Übernahme des Sperrstroms IR vom WBGT 560a zum RC-IGBT 512. Eine Ladungsträgerdichte im RC-IGBT 512 bleibt in der Sicherheitsperiode niedrig, die einer Entsättigung folgt, so dass die elektrische Baugruppe 500 eine hohe Entsättigungseffizienz mit einer hohen Sicherheit gegen kritische Schaltungszustände in der Anwendung kombinieren kann.
  • Alternativ dazu oder zusätzlich ist der RC-IGBT 512 mit einem ausgeprägten Snap-back im Entsättigungsmodus in einem Bereich eines Sperrstroms IRC ausgelegt, der niedriger als ein Snap-back-Strom ISB ist, wobei bis zum Snap-back-Strom ISB die zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b auf der linken Seite der I/V-Kennlinie 412 einer Entsättigung des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512 ist, so dass zumindest bis zum Snap-back-Strom ISB der WBGT 560a einen größeren Teil des gesamten Sperrstroms IR durch die elektrische Baugruppe 500 führt.
  • Da der WBGT 560a einen Großteil des Stroms übernimmt, falls die für eine Entsättigung verwendeten Transistorzellen TC eingeschaltet sind, kommt ein Snap-back-Verhalten des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512 während einer Entsättigung nicht zum Tragen oder wird gedämpft. Der RC-IGBT 512 kann mit einem ausgeprägten Snap-back unter Sperrspannung ausgelegt sein, da der WBGT 560a den Effekt des Snap-back auf die Anwendung unterdrückt oder zumindest dämpft. Beispielsweise können p- und n-dotierte Gebiete an der Kollektorseite des RC-IGBT 512 für einen niedrigen ohmschen Rücklaufwiderstand Rrev in dem rückwärts leitenden Modus optimiert werden, und ein niedriger Rdson in dem in Durchlassrichtung gepolten Ein-Zustand und spezifischen Transistorzellen, die für ein Dämpfen des Snap-back-Effekts ausgelegt sind, können weggelassen werden.
  • Der WBGT 560a kann mit einer zweiten ohmschen I/V-Kennlinie 415b so ausgelegt sein, dass der Spannungsabfall über den WBGT 560a immer kleiner als eine maximale Snap-back-Spannung VSB oder zumindest kleiner als eine Snap-back-Haltespannung VH des RC-IGBT 512 ist. Alternativ dazu wird der WBGT 560a mit einer zweiten ohmschen I/V-Kennlinie 415b so ausgelegt, dass ein Sperrstrom IRJ durch die in Sperrrichtung gepolte Transistorschaltung 560 bis zu mindestens dem Einfachen, Zweifachen oder Vierfachen des maximalen Nenn-Diodendurchlassstroms IF des RC-IGBT 512 größer als der Sperrstrom IRC durch den IGBT 511 oder RC-IGBT 512 ist, um einen etwaigen Snap-back des RC-IGBT 512 sicher zu vermeiden.
  • Alternativ dazu ist der WBGT 560a ein SiC-MOSFET oder ein GaN-HEMT mit Bodydiode, oder ein als WBGT 560a genutzter JFET wird während einer Entsättigung abgeschnürt, so dass die Rückwärts-I/V-Kennlinie durch eine Diode-I/V-Kennlinie einer Bodydiode 569 gegeben ist. Die Bodydiode 569 des WBGT 560a kann dann mit einer Diode-I/V-Kennlinie 416 ausgelegt sein, derart dass der Spannungsabfall über den WBGT 560a immer kleiner als eine maximale Snap-back-Spannung VSB oder zumindest die Snap-back-Haltespannung VH des RC-IGBT ist. Alternativ dazu wird die Bodydiode 569 mit einer Dioden-I/V-Kennlinie 416 so ausgelegt, dass ein Sperrstrom IRJ durch die in Sperrrichtung gepolte Transistorschaltung 560 bis zu zumindest dem Vierfachen des maximalen Nenn-Diodendurchlassstroms IF des RC-IGBT 512 größer als der Sperrstrom IRC durch den IGBT 511 oder RC-IGBT 512 ist, um einen etwaigen Snap-back des RC-IGBT 512 sicher zu vermeiden.
  • 2A bezieht sich auf die Vorwärts-I/V-Kennlinie eines als WBGT 560a genutzten JFET. Solange eine Gate-Source-Spannung VGS ausreichend hoch ist, um den Leitungskanal nicht abzuschnüren, leitet der JFET einen Drainstrom ID. Typischerweise liegt die Gate-Source-Abschnürspannung VGS eines n-Kanal-JFET in einem Bereich von –15 V bis –10 V, z. B. annähernd –10 V, und für VGS > –9 V beginnt der in Durchlassrichtung gepolte JFET, bei einer Drain-Source-Spannung VDS größer oder gleich 0 V zu leiten.
  • 2B zeigt die Rückwärts-I/V-Kennlinien eines als WBGT 560a genutzten JFET bei verschiedenen Gate-Source-Spannungen VGS. Falls unter Sperrspannung ein erstes Steuersignal zum Steuern des RC-IGBT 512 und ein zweites Steuersignal zum Steuern der Transistorschaltung 560 vom gleichen Signal abgeleitet werden und falls die Transistorzellen für eine Entsättigung bei einer Gate-Emitter-Spannung VGE von 0 V einschalten, ist der WBGT 560a während einer Entsättigung eingeschaltet. In diesem Fall beschreibt die zweite ohmsche I/V-Kennlinie 415b das Verhalten des WBGT 560a.
  • Falls das erste Steuersignal zum Steuern des RC-IGBT 512 und das zweite Steuersignal zum Steuern der Transistorschaltung 560 vom gleichen Signal abgeleitet werden und falls die Transistorzellen für eine Entsättigung bei einer Gate-Emitter-Spannung VGE von –15 V einschalten, ist ein als WBGT 560a genutzter JFET während einer Entsättigung ausgeschaltet. In diesem Fall wird die Dioden-I/V-Kennlinie 416 wie in 1C veranschaulicht durch die Bodydiode 569 des als WBGT 560a genutzten JFET beeinflusst und beschreibt das Verhalten des WBGT 560a.
  • Gemäß 2B approximiert für ausreichend niedrige VGS die Rückwärts-I/V-Kennlinie die Kennlinien einer pn-Diode, sofern der JFET-Kanal existiert.
  • Für kleine Sperrströme IR übernimmt die Bodydiode 569 der Transistorschaltung 560 einen Großteil des Stroms, da die Bodydiode 569 eine niedrige Einsetz- bzw. Set-in-Spannung zeigt und sogar bei einer niedrigen Sperrspannung VR leitet, bei welcher der entsättigte RC-IBGT 512 nicht leitet.
  • 2C zeigt die Rückwärts-Kennlinien eines selbstleitenden GaN-HEMT, der als WBGT 560a in 1A genutzt wird. Für eine niedrigere Gate-Source-Spannung zeigt der GaN-HEMT eine niedrige Set-in-Spannung, so dass für kleine Sperrströme IR der GaN-HEMT einen Großteil des Sperrstroms IR übernimmt.
  • 3A bis 3E beziehen sich auf elektrische Baugruppen 500, die auf Parallelschaltungen 580 verschiedener bipolarer Schaltvorrichtungen 510 und WBGTs 560a basieren.
  • Die in 3A veranschaulichte elektrische Baugruppe 500 umfasst einen RC-IGBT 512 mit integrierter Bodydiode 519, z. B. einen Si-RCDC (Silizium-RC-IGBT mit Diodensteuerung). Der WBGT 560a ist ein SiC-JFET 561, der zum RC-IGBT 512 elektrisch parallel angeordnet ist. Der SiC-JFET 561 erhöht eine Effizienz einer Entsättigung des in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512, verbessert eine Leitfähigkeit bei niedrigem Strom der elektrischen Baugruppe 500 unter sowohl Durchlass- als auch Sperrspannung und/oder dämpft den Einfluss eines Snap-back in dem in Sperrrichtung gepolten RC-IGBT 512 auf die Schaltungsumgebung.
  • Ein Kollektoranschluss C des RC-IGBT 512 bildet den ersten Lastanschluss L1 oder ist mit ihm elektrisch verbunden, ein Emitteranschluss E bildet den zweiten Lastanschluss L2 oder ist mit ihm elektrisch verbunden, und ein Gateanschluss G bildet den ersten Steueranschluss CTR1 der elektrischen Baugruppe 500 oder ist mit ihm elektrisch gekoppelt oder verbunden. Die Bodydiode 519 ist mit Transistorzellen des RC-IGBT 512 räumlich zusammengelegt. Ein an den ersten Steueranschluss CTR1 angelegtes erstes Steuersignal schaltet Transistorzellen des RC-IGBT 512 ein und aus. Die Transistorzellen umfassen Transistorzellen zum Schalten eines Laststroms unter Durchlassspannung und können Transistorzellen für eine Entsättigung umfassen, die unter Sperrspannung des RC-IGBT 512 geschaltet werden.
  • Ein Drainanschluss D des JFET 561 ist mit dem ersten Lastanschluss L1, mit der Kollektorelektrode C oder mit beiden direkt elektrisch verbunden. Ein Sourceanschluss S des SiC-JFET 561 ist mit dem zweiten Lastanschluss L2, mit der Emitterelektrode E oder mit beiden direkt elektrisch verbunden. Ein Gateanschluss G2 des JFET 561 kann einen zweiten Steueranschluss CTR2 der elektrischen Baugruppe 500 bilden oder mit ihm elektrisch verbunden oder gekoppelt sein. Ein an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegtes zweites Steuersignal schnürt Leitungskanäle im JFET 561 zeitlich ab. Ein Halbleiterbereich des JFET 561 kann aus SiC bestehen.
  • In 3B umfasst die elektrische Baugruppe 500 einen JFET 561 mit integrierter Bodydiode 569, wobei die integrierte Bodydiode 569 antiparallel zum RC-IGBT 512 und parallel zur Bodydiode 519 des RC-IGBT elektrisch angeordnet ist. Ein Halbleiterbereich des JFET 561 besteht aus einem Material mit breiter Bandlücke, z. B. aus SiC.
  • Die elektrische Baugruppe 500 von 3C umfasst einen JFET 561 mit integrierter Bodydiode 569, wobei die integrierte Bodydiode 569 antiparallel zu einem rückwärts sperrenden IGBT 511 elektrisch angeordnet ist. Ein Halbleiterbereich des JFET 561 kann aus SiC bestehen.
  • In 3D ist der WBGT 560a ein SiC-MOSFET 563 vom Verarmungstyp, der eine intrinsische Bodydiode 569 umfasst. Die Bodydiode 569 des SiC-MOSFET 563 kann in ähnlicher Weise wie die Bodydiode des JFET 561 genutzt werden.
  • 3E bezieht sich auf einen GaN-HEMT 564, der als WBGT 560a genutzt wird. Die Rückwärts-Kennlinien eines GaN-HEMT, wie mit Verweis auf 2C beschrieben, verbessern die Entsättigungseffizienz der RC-IGBT 512, wie oben beschrieben wurde.
  • 4A und 4B beziehen sich auf einen SiC-JFET 561 mit integrierter Bodydiode 569. Der SiC-JFET 561 umfasst einen Halbleiterbereich 100, der beispielsweise auf Siliziumcarbid SiC, zum Beispiel 6H-SiC (SiC des 6H-Polytyps), 15R-SiC, 4H-SiC oder 3C-SiC basiert. Der Halbleiterbereich 100 weist eine erste Oberfläche 101 auf, welche planar sein kann und welche Oberflächenabschnitte in parallelen Ebenen umfassen kann, und eine planare zweite Oberfläche 102 parallel zu der ersten Oberfläche 101 oder den Oberflächenabschnitten. Eine Normale zur ersten Oberfläche 101 oder den parallelen Oberflächenabschnitten definiert eine vertikale Richtung, und Richtungen orthogonal zur vertikalen Richtung sind laterale Richtungen.
  • In dem Halbleiterbereich 100 kann ein hochdotiertes Sourcegebiet 110 direkt an die erste Oberfläche 101 grenzen. Eine Sourceelektrode 310, die mit einem Sourceanschluss S des SiC-JFET 561 elektrisch verbunden ist, kann direkt an das Sourcegebiet 110 grenzen.
  • Eine Drainstruktur 130 mit dem gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Sourcegebiet 110 kann im Halbleiterbereich 100 auf einer der ersten Oberfläche 101 gegenüberliegenden Seite ausgebildet sein. Die Drainstruktur 130 kann direkt an die zweite Oberfläche 102 grenzen. Eine Drainelektrode 330, die mit einem Drainanschluss D des SiC-JFET 561 elektrisch verbunden ist, kann direkt an die Drainstruktur 130 grenzen.
  • Die Drainstruktur 130 umfasst eine schwach dotierte Driftschicht 131, die einen unipolaren Homoübergang zu einem hochdotierten Kontaktbereich 139 bildet, der direkt an die zweite Oberfläche 102 grenzt und der einen ohmschen Kontakt mit der Drainelektrode 330 bildet.
  • Ein Kanalgebiet 120 verbindet das Sourcegebiet 110 und die Drainstruktur 130. Das Kanalgebiet 120 weist den gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Sourcegebiet 110 und die Drainstruktur 130 auf, wobei eine mittlere Netto-Dotierstoffkonzentration im Kanalgebiet 120 höchstens 10% der mittleren Netto-Dotierstoffkonzentration im Sourcegebiet 110 beträgt.
  • Ein hochdotiertes Gategebiet 150 kann sich von der ersten Oberfläche 101 in den Halbleiterbereich 100 erstrecken. Das Gategebiet 150 weist einen zu demjenigen des Kanalgebiets 120 entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp auf. Die Kanal- und Gategebiete 120, 150 bilden erste pn-Übergänge pn1, die entlang der vertikalen Richtung und/oder entlang der lateralen Richtung verlaufen. Eine mit einem Gateanschluss G2 des SiC-JFET 561 elektrisch verbundene oder gekoppelte Gateelektrode 350 kann direkt an das Gategebiet 150 grenzen.
  • Eine an das Gategebiet 150 angelegte Spannung moduliert die laterale Ausdehnung einer Verarmungszone, die entlang einem vertikalen Bereich des ersten pn-Übergangs pn1 zwischen den Gate- und Kanalgebieten 150, 120 gebildet wird, und/oder die vertikale Ausdehnung einer Verarmungszone, die entlang einem horizontalen Bereich des ersten pn-Übergangs pn1 ausgebildet wird. Bei einer bestimmten Gatespannung erstreckt sich die Verarmungszone über die komplette laterale Querschnittsfläche des Kanalgebiets 120, wodurch ein Stromfluss zwischen den Sourcegebieten 110 und der Drainstruktur 130 unterdrückt und abgeschnürt wird. Der SiC-JFET 561 ist ein JFET vom selbstleitenden Typ mit einem Stromfluss zwischen den Sourcegebieten 110 und der Drainstruktur 130, wenn zwischen dem Gateanschluss G2 und dem Sourceanschluss S keine Spannung angelegt ist.
  • Ein Abschirmgebiet 160 mit dem Leitfähigkeitstyp des Gategebiets 150 ist zumindest in einem Bereich der vertikalen Projektion des Gategebiets 150 zwischen dem Gategebiet 150 und der Drainstruktur 120 ausgebildet. Das Abschirmgebiet 160 bildet einen zweiten pn-Übergang pn2 mit dem Kanalgebiet 120 und einen dritten pn-Übergang pn3 mit der Drainstruktur 130 und kann einen lateralen Bereich 160a umfassen, der parallel zur zweiten Oberfläche 102 verläuft. Eine vertikale Projektion des lateralen Bereichs 160a des Abschirmgebiets 160 kann mit zumindest 40% des Gategebiets 150 überlappen.
  • Das Abschirmgebiet 160 kann einen vertikalen Bereich 160b umfassen oder nicht umfassen, der direkt an den lateralen Bereich 160a und die erste Oberfläche 101 grenzt. Eine Abschirmelektrode 360 kann direkt an das Abschirmgebiet 160 grenzen. Die Abschirmelektrode 360 kann mit der Sourceelektrode 310, der Gateelektrode 350 oder mit einem Anodenanschluss A des SiC-JFET 561 elektrisch verbunden oder gekoppelt sein.
  • In 4A umfasst das Kanalgebiet 120 einen ersten vertikalen Bereich 121, der zwischen dem Gategebiet 150 und dem vertikalen Bereich 160b des Abschirmgebiets 160 angeordnet ist, einen horizontalen Bereich 122, der zwischen dem Gategebiet 150 und dem lateralen Bereich 160a des Abschirmgebiets 160 angeordnet ist, und einen zweiten vertikalen Bereich 123, der sich zwischen benachbarten lateralen Bereichen 160a der Abschirmgebiete 160 erstreckt, die benachbarten Sperrschicht- bzw. Junction-Transistorzellen JTC zugeordnet sind.
  • In 4B umfasst das Kanalgebiet 120 einen vertikalen Kanalbereich 124, der zwischen den Gategebieten 150 und zwischen den lateralen Bereichen 160a von Abschirmgebieten 160 benachbarter Junction-Transistorzellen JTC verläuft, sowie einen Hilfsbereich 125, der direkt an den vertikalen Kanalbereich 124 grenzt und das Abschirmgebiet 160 vom Gategebiet 150 trennt.
  • Die SiC-JFETs 561 von 4A und 4B können eine Vielzahl von Kanal-, Gate-, Source und Abschirmgebieten 120, 150, 110, 160 umfassen, die eine Vielzahl identischer Junction-Transistorzellen JTC bilden.
  • Die dritten pn-Übergänge pn3 zwischen den Abschirmgebieten 160 und der Drainstruktur 130 bilden eine gut definierte und zuverlässig integrierte Bodydiode 569, welche zwischen dem Sourceanschluss S und den Drainanschlüssen D wirksam sein kann, z. B. falls die Abschirmelektrode 360 direkt mit der Sourceelektrode 310 elektrisch verbunden ist oder falls die Abschirmelektrode 360 mit einem Anodenanschluss A elektrisch verbunden ist, welcher durch eine niederohmige Verbindung außerhalb des JFET 561 mit dem Sourceanschluss S elektrisch verbunden ist.
  • In 5 umfasst die Transistorschaltung 560 einen IGFET (Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate), zum Beispiel einen MOSFET (Metall-Oxid-Halbleiter-FET) in der gewöhnlichen Bedeutung, einschließlich IGFETs mit Gateelektroden aus Metall und IGFETs mit Gateelektroden aus hochdotiertem Halbleitermaterial. Ein Lastpfad des IGFET 562 ist mit dem Lastpfad des selbstleitenden WBGT 560a zwischen dem Sourceanschluss des WBGT 560a und dem zweiten Lastanschluss L2 elektrisch in Reihe geschaltet. Der Gateanschluss G2 des WBGT 560a kann mit dem zweiten Lastanschluss L2 direkt verbunden sein. Ein Gateanschluss G3 des IGFET 562 ist mit dem zweiten Steueranschluss CTR2 elektrisch gekoppelt oder verbunden. Der IGFET 562 ist vom Anreicherungstyp, so dass die Transistorschaltung 560 aus ist, solange ein an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegtes Steuersignal unterhalb einer positiven Schwellenspannung des IGFET 562 liegt.
  • Ein positives Steuersignal am zweiten Steueranschluss CTR2 schaltet den IGFET 562 ein, so dass der Sourceanschluss S des JFET 561 das Potential des zweiten Lastanschlusses L2 übernimmt. Liegen der zweite Gateanschluss G2 und der Sourceanschluss S des selbstleitenden WBGT 560a auf gleichem Potential, schaltet der WBGT 560a ein. Falls der IGFET 562 aus ist, kann das Potential am Sourceanschluss ansteigen, so dass der Spannungsabfall zwischen dem Gateanschluss G2 und dem Sourceanschluss S ausreichend sein kann, um den WBGT 560a auszuschalten.
  • 6A und 6B beziehen sich auf Transistorschaltungen 560, die eine spannungsbegrenzende Vorrichtung 565 umfassen, um die Spannung des an den Gateanschluss G2 des WBGT 560a angelegten zweiten Steuersignals zu klemmen, so dass die Spannung über den ersten pn-Übergang pn1 zwischen dem Gategebiet 150 und dem Kanalgebiet 120 der 4A und 4B eine nominale maximale Gatespannung von z. B. 2 V nicht übersteigt.
  • In 6A ist die spannungsbegrenzende Vorrichtung 565 eine spannungsbegrenzende Diode, zum Beispiel eine Suppressordiode wie etwa eine Zener-Diode, die einen 15 V-Pegel eines an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegten Steuersignals um z. B. 13 V reduzieren kann. Ein Gatewiderstand 566 kann zwischen die Anode der spannungsbegrenzenden Diode 565 und den Gateanschluss G2 des WBGT 560a elektrisch in Reihe geschaltet sein.
  • In 6B ist die spannungsbegrenzende Vorrichtung 565 eine spannungsbegrenzende Diode, z. B. eine Zener-Diode, die zum Gate-Source-Pfad des WBGT 560a elektrisch parallel geschaltet ist. Ein Gatewiderstand 566 kann zwischen die Kathode der spannungsbegrenzenden Diode 565 und den zweiten Steueranschluss CTR2 elektrisch in Reihe geschaltet sein, um die für einen Gatetreiber effektive Last zu reduzieren.
  • 7A und 7B beziehen sich auf eine elektrische Baugruppe 500, die eine Parallelschaltung 580 einer bipolaren Schaltvorrichtung 510 und einer Transistorschaltung 560 umfasst, wobei Typ, Layout, Abmessungen, Dotierstoffkonzentrationen und Dotierstoffgradienten eines WBGT 560a der Transistorschaltung 560 so ausgewählt sind, dass die I/V-Kennlinien zumindest eine der Bedingungen wie oben skizziert erfüllen.
  • In 7A ist ein erster Steueranschluss OUT1 der Steuerschaltung 590 mit dem ersten Steuereingang CTR1 der bipolaren Schaltvorrichtung 510 elektrisch verbunden. Ein zweiter Steuerausgang OUT2 der Steuerschaltung 590 ist mit dem zweiten Steuereingang CTR2 der Transistorschaltung 560 elektrisch gekoppelt, z. B. elektrisch verbunden. Die Parallelschaltung 580 kann der Low-Side-Schalter oder der High-Side-Schalter in einer Halbbrückenschaltung oder ein Teil dessen sein. Die Steuerschaltung 590 kann weitere Steuerausgänge zum Steuern einer weiteren elektrischen Baugruppe umfassen, die den komplementären Schalter in der Halbbrückenschaltung bildet oder ein Teil dessen ist.
  • Die Steuerschaltung 590 erzeugt Steuersignale, z. B. Rechtecksignale, am ersten und zweiten Steuerausgang OUT1, OUT2, und gibt diese ab, wobei die Pegel der Steuersignale die An- und Aus-Perioden von Transistorzellen der bipolaren Schaltvorrichtung 510 unter Durchlassspannung steuern und, falls die bipolare Schaltvorrichtung 510 ein RC-IGBT ist, auch unter Sperrspannung. Beispielsweise kann ein hoher Pegel des Steuersignals nahe VCC, z. B. +15 V, die bipolare Schaltvorrichtung 510 einschalten, und ein niedriger Pegel des Steuersignals nahe z. B. VEE, z. B. –15 V, kann die bipolare Schaltvorrichtung 510 unter Durchlassspannung ausschalten. Die Transistorschaltung 560 kann synchron mit der bipolaren Schaltvorrichtung 510 unter Durchlassspannung ein- und ausgeschaltet werden.
  • Außerdem kann die Steuerschaltung 590 einen Entsättigungsimpuls vordefinierter Dauer am ersten Steuerausgang OUT1 am Ende einer Sperrspannung erzeugen und abgeben, falls die bipolare Schaltvorrichtung 510 ein RC-IGBT ist. Der Entsättigungsimpuls wird an den ersten Steuereingang CTR1 der elektrischen Baugruppe 500 zu einem vordefinierten Zeitpunkt angelegt, bevor eine Vorspannung über die elektrische Baugruppe 500 sich von einer Sperr- in eine Durchlassspannung ändert. Der Entsättigungsimpuls schaltet gate-gesteuerte Kanäle für eine Entsättigung ein, z. B. Entsättigungstransistorzellen, die nur für eine Entsättigung vorgesehen sind, oder einige oder alle Transistorzellen, die den Laststrom unter Durchlassspannung steuern.
  • Die Länge eines Entsättigungsimpulses kann von der Schaltfrequenz abhängen, bei welcher die Steuerschaltung 590 den RC-IGBT 512 ein- und ausschaltet. Eine Sicherheitsperiode zwischen dem Ende des Entsättigungsimpulses und dem vorhergesagten Beginn einer Kommutierung, einschließlich der Änderung von einer Sperrspannung zu einer Durchlassspannung, kann in einem Bereich von einigen hundert Nanosekunden bis einigen Mikrosekunden liegen.
  • Unter Sperrspannung kann ein am zweiten Ausgangsanschluss OUT2 abgegebenes Steuersignal die Transistorschaltung 560 so steuern, dass während einer Sättigung die Transistorschaltung 560 eingeschaltet ist und den größeren Teil des Sperrstroms unter Niederlastbedingungen oder Bedingungen eines offenen Schaltkreises übernimmt, so dass eine Leistungsumwandlungseffizienz unter Niederlastbedingungen verbessert und ein Leistungsverbrauch eines Bereitschaftsmodus reduziert wird. Während einer Entsättigung kann die Transistorschaltung 560 so gesteuert werden, dass die Leitungskanäle nicht abgeschnürt werden oder alternativ dazu dass die Leitungskanäle abgeschnürt werden und eine Bodydiode der Transistorschaltung 560 aktiv ist.
  • Die Steuerschaltung 590 kann weitere Eingangsanschlüsse INP1, INP2, ... umfassen, die eine höhere Steuerinstanz ermöglichen, z. B. eine Prozessorschaltung, um die Steuerschaltung 590 zu steuern. Ein oder mehrere Rückkopplungsanschlüsse FB können ein Signal oder Signale empfangen, die Last- und/oder Sourcebedingungen beschreiben, so dass die Steuerschaltung 590 ein Tastverhältnis und/oder eine Schaltfrequenz der elektrischen Baugruppe 500 einstellen kann, um Last- und Sourcebedingungen zu variieren.
  • In 7B umfasst die elektrische Baugruppe 500 ein Umwandlungsnetzwerk 582, das das an den zweiten Steueranschluss CTR2 angelegte zweite Steuersignal vom an den ersten Steueranschluss CTR1 angelegten ersten Steuersignal ableitet. Die Steuerschaltung 590 umfasst nur einen Ausgang OUT1 pro elektrischer Baugruppe und kann zwei Ausgänge zum Steuern von zwei elektrischen Baugruppen 500 einer kompletten Halbbrücke umfassen.
  • In 8 umfasst die elektrische Baugruppe 500 eine Klemmdiode 515 mit einer Durchbruchspannung, die niedriger als eine Durchbruchspannung des SiC-JFET 561 und niedriger als eine Durchbruchspannung des RC-IGBT 512 ist. Ein Überspannungszustand löst einen Lawinendurchbruch nur in der Klemmdiode 515 aus, so dass die Klemmdiode 515 den RC-IGBT 512 und den JFET 561 gegen Überspannung schützen kann. Die Klemmdiode 515 kann für eine hohe Unempfindlichkeit gegen Lawinen ausgelegt sein, so dass Auslegungsbeschränkungen für den JFET 561 in dieser Hinsicht gelockert sind. Die Klemmdiode 515 kann eine SiC-MPS-(Merged-PiN-Schottky-)Diode sein, wobei der Lawinendurchbruch in der Klemmdiode 515 Elektron/Lochpaare erzeugt, so dass der Sperrstrom hoch ist und die Klemmdiode 515 den RC-IGBT 512 wirksam gegen Überspannung schützt.
  • Die in 9A und 9B veranschaulichten elektrischen Baugruppen 500 umfassen eine Trägerplatine 599, z. B. eine PCB-(Leiterplatte) oder DCB-(directly copper bonding-)Platine. Zumindest eine erste Leiterstruktur 591 und eine zweite Leiterstruktur 592 sind auf einer Montageoberfläche der Trägerplatine 599 ausgebildet. Die erste Leiterstruktur 591 bildet einen ersten Lastanschluss L1 oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden. Die zweite Leiterstruktur 592 bildet einen zweiten Lastanschluss L2 oder ist mit einem solchen elektrisch verbunden. Die ersten und zweiten Leiterstrukturen 591, 592 können Kupferpads bzw. -Kontaktstellen oder Kupferstreifen sein.
  • Ein Silizium-RC-IGBT 512, eine Klemmdiode 515 und ein WBGT 560a sind auf der ersten Leiterstruktur 591 montiert, z. B. gelötet oder nebeneinander gebondet, wobei die Kathode der Klemmdiode 511, der Kollektor des Silizium-RC-IGBT 512 und der Drain des WBGT 560a die erste Leiterstruktur 591 direkt kontaktieren. Bondverdrahtungen 586 verbinden den freigelegten Anodenanschluss A der Klemmdiode 515 und den freigelegten Sourceanschluss S des WBGT 560a elektrisch mit der zweiten Leiterstruktur 592.
  • In 9A kann die Induktivität der Bondverdrahtung 586 zwischen dem WBGT 560a und der zweiten Leiterstruktur 592 erhöht werden, indem die Anzahl von Bonddrähten in der Bondverdrahtung 586 zwischen dem WBGT 560a und der zweiten Leiterstruktur 592 reduziert wird, indem die Bonddrähte verlängert werden oder indem ein Material mit einem höheren ohmschen Widerstand ausgewählt wird, um den Leitungswiderstand zu erhöhen. Die erhöhte Streuinduktivität kann die Erholung des Ladungsträgerplasmas nach einer Entsättigung weiter verzögern.
  • In 9B kann eine Schleife 587 in der zweiten Leiterstruktur 592 zwischen dem Silizium-RC-IGBT 512 und dem WBGT 560a die Streuimpedanz zwischen dem Silizium-RC-IGBT 512 und dem WBGT 560a erhöhen.
  • 10 bezieht sich auf einen Bereich einer elektronischen Baugruppe 600, die beispielsweise ein Motorantrieb, ein geschaltetes Netzteil, eine Primärstufe eines geschalteten Netzteils, ein synchroner Gleichrichter, eine Primärstufe eines DC/AC-Wandlers, eine Sekundärstufe eines DC/AC-Wandlers, eine Primärstufe eines DC/DC-Wandlers oder ein Teil eines Wandlers für Solarleistung sein kann.
  • Die elektronische Baugruppe 600 kann zwei identische elektrische Baugruppen 500 wie oben beschrieben umfassen, die als Low-Side-Schalter und High-Side-Schalter in einer Halbbrückenkonfiguration angeordnet sind. Die elektrischen Baugruppen 500 können Silizium-RC-IGBTs 512 mit Bodydioden 519 und SiC-JFET 561 enthalten, die wie oben beschrieben effektiv sind. Die Lastpfade der beiden elektrischen Baugruppen 500 sind zwischen einen ersten Versorgungsanschluss A und einen zweiten Versorgungsanschluss B elektrisch in Reihe geschaltet. Die Versorgungsanschlüsse A, B können eine DC-(Gleichstrom-)Spannung oder eine AC-(Wechselstrom-)Spannung bereitstellen. Ein dazwischenliegender Netzwerkknoten NN zwischen den beiden elektrischen Baugruppen 500 kann beispielsweise mit einer induktiven Last LD, welche eine Wicklung eines Transformators oder eine Motorwicklung sein kann, oder mit einem Referenzpotential einer elektronischen Schaltung elektrisch verbunden sein.
  • Die elektronische Baugruppe 600 kann ein Motorantrieb sein, wobei die elektrischen Baugruppen 500 in einer Halbbrückenkonfiguration elektrisch angeordnet sind, der Netzwerkknoten NN mit einer Motorwicklung elektrisch verbunden ist und die Versorgungsanschlüsse A, B eine Gleichspannung bereitstellen.
  • Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die elektronische Baugruppe 600 eine primärseitige Stufe eines geschalteten Netzteils sein, wobei die Versorgungsanschlüsse A, B der elektronischen Baugruppe 600 eine Wechselspannung einer Eingangsfrequenz bereitstellen. Der Netzwerkknoten NN ist mit einer Primärwicklung eines Transformators elektrisch verbunden.
  • Die elektronische Baugruppe 600 kann ein synchroner Gleichrichter eines geschalteten Netzteils sein, wobei die Versorgungsanschlüsse A, B mit einer Sekundärwicklung des Transformators verbunden sind und der Netzwerkknoten NN mit einem Referenzpotential einer elektronischen Schaltung an der Sekundärseite des geschalteten Netzteils elektrisch verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die elektronische Baugruppe 600 eine primärseitige Stufe eines DC/DC-Wandlers, zum Beispiel eines Leistungsoptimierers oder eines Mikro-Inverters für Anwendungen sein, die Photovoltaikzellen einschließen, wobei die Versorgungsanschlüsse A, B der elektronischen Baugruppe 600 eine Gleichspannung bereitstellen und der Netzwerkknoten NN mit einem induktiven Speicherelement elektrisch verbunden ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die elektronische Baugruppe 600 eine sekundärseitige Stufe eines DC/DC-Wandlers, z. B. eines Leistungsoptimierers oder eines Mikro-Inverters für Anwendungen sein, die Photovoltaikzellen einschließen, wobei die elektronische Baugruppe 600 den Versorgungsanschlüssen A, B eine Ausgangsspannung bereitstellt und wobei der Netzwerkknoten NN mit dem induktiven Speicherelement elektrisch verbunden ist.
  • 11 bezieht sich auf ein Leistungsmodul, z. B. ein integriertes Leistungsmodul wie etwa ein IGBT-Modul 700, das die elektronische Baugruppe 600 von 10 enthält. Das IGBT-Modul 700 kann ferner eine Steuerschaltung 590 umfassen, die dafür eingerichtet ist, Steuersignale zum abwechselnden Ein- und Ausschalten der elektrischen Baugruppen 500 bereitzustellen, und mit Steueranschlüssen CTR1, CTR2 der elektrischen Baugruppen 500 elektrisch verbunden ist.
  • Obwohl spezifische Ausführungsformen hier veranschaulicht und beschrieben sind, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Gestaltungen für die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen herangezogen werden kann, ohne von dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Veränderungen der hier diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt ist.

Claims (24)

  1. Elektrische Baugruppe, umfassend: eine bipolare Schaltvorrichtung (510); und eine Transistorschaltung (560), die mit der bipolaren Schaltvorrichtung (510) elektrisch parallel verbunden ist und einen selbstleitenden Transistor (560a) mit breiter Bandlücke umfasst.
  2. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der selbstleitende Transistor (560a) mit breiter Bandlücke ein Transistor mit hoher Elektronenbeweglichkeit ist.
  3. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 1, wobei der selbstleitende Transistor (560a) mit breiter Bandlücke ein selbstleitender Junction-Feldeffekttransistor (561b) ist.
  4. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 3, wobei ein Halbleiterbereich (100) des Junction-Feldeffekttransistors (561) aus Siliziumcarbid besteht.
  5. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 4, wobei der Halbleiterbereich (100) Junction-Transistorzellen (JTC) und eine integrierte Bodydiode (569) umfasst, ein Anodengebiet der Bodydiode (569) mit einem Sourceanschluss (S) des Junction-Feldeffekttransistors (561) elektrisch verbunden ist und eine Drainstruktur (130) der Junction-Transistorzellen (JTC) als ein Kathodengebiet der Bodydiode (569) wirksam ist.
  6. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 5, wobei die Junction-Transistorzellen (JTC) Gategebiete (150) umfassen, die erste pn-Übergänge (pn1) mit Kanalgebieten (120) ausbilden, die die Drainstruktur (130) mit Sourcegebieten (110) verbinden, die von der Drainstruktur (130) durch die Kanalgebiete (120) getrennt sind, und Abschirmgebiete (160), die zwischen den Kanalgebieten (120) und der Drainstruktur (130) angeordnet sind und zweite pn-Übergänge (pn2) mit den Kanalgebieten (120) und dritte pn-Übergänge (pn3) mit der Drainstruktur (130) bilden.
  7. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 6, wobei die Abschirmgebiete (160) das Anodengebiet der Bodydiode (569) bilden.
  8. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei die Abschirmgebiete (160) mit einer Metall-Abschirmelektrode (360) direkt verbunden sind.
  9. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die Abschirmelektrode (360) mit einem Sourceanschluss (S) des Junction-Feldeffekttransistors (561) elektrisch verbunden ist.
  10. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 8, wobei die Abschirmelektrode (360) mit einem Anodenanschluss (A) des Junction-Feldeffekttransistors (561) elektrisch verbunden ist.
  11. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei ein Sättigungsstrom (ID,sat) des Junction-Feldeffekttransistors (561) niedriger als ein Sättigungsstrom (IC,sat) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) ist.
  12. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 11, wobei ein Sättigungsstrom (ID,sat) des Junction-Feldeffekttransistors (561) höher als ein Vierfaches eines nominalen Diodendurchlassstroms (IF) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) ist.
  13. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei für eine Sperrspannung (VR) über die elektrische Baugruppe (500), beginnend von 0 V aus, der Junction-Feldeffekttransistor (561) leitend ist.
  14. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die bipolare Schaltvorrichtung (510) einen rückwärts leitenden IGBT (512) umfasst, der Entsättigungstransistorzellen (DTC) umfasst, wobei unter Sperrspannung die Entsättigungstransistorzellen (DTC) so steuerbar sind, dass sie während einer Entsättigungsperiode eingeschaltet und während einer Sättigungsperiode ausgeschaltet sind.
  15. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Transistorschaltung (560) einen Feldeffekttransistor (562) mit isoliertem Gate umfasst, der mit dem Transistor (560a) mit breiter Bandlücke elektrisch in Reihe geschaltet ist.
  16. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei für Durchlassspannungen (VF) über die elektrische Baugruppe (500), die niedriger als eine Snap-back-Haltespannung (VH) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) sind, ein Drainstrom (ID) durch die Transistorschaltung (560) höher als ein Kollektorstrom (IC) durch die bipolare Schaltvorrichtung (510) ist.
  17. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei für Sperrspannungen (VR) über die elektrische Baugruppe (500), die niedriger als eine halbe Snap-back-Haltespannung (VH) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) sind, ein Sperrstrom (IRJ) durch die Transistorschaltung (560) höher als ein Sperrstrom (IRC) durch die bipolare Schaltvorrichtung (510) ist.
  18. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 17, ferner umfassend eine spannungsbegrenzende Vorrichtung (565), die zwischen einen Steueranschluss (CTR2) der Transistorschaltung (560) und einen Gateanschluss (G2) des Transistors (560a) mit breiter Bandlücke elektrisch geschaltet ist, wobei die spannungsbegrenzende Vorrichtung (565) dafür geeignet ist, eine Spannung am Gateanschluss (G2) des Transistors (560a) mit breiter Bandlücke auf höchstens 2 V zu begrenzen.
  19. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 18, ferner umfassend eine Steuerschaltung (590), die mit einem Steueranschluss (CTR1) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) und mit einem Steueranschluss (CTR2) der Transistorschaltung (560) elektrisch verbunden ist.
  20. Elektrische Baugruppe nach Anspruch 19, wobei die Steuerschaltung (590) einen Ausgangsanschluss (OUT) umfasst, der mit dem Steueranschluss (CTR1) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) und mit dem Steueranschluss (CTR2) der Transistorschaltung (560) elektrisch gekoppelt ist.
  21. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 19 bis 20, wobei die Steuerschaltung (590) dafür geeignet ist, ein Entsättigungssignal zu erzeugen und das Entsättigungssignal am Ausgangsanschluss (OUT1) zu einem Zeitpunkt abzugeben, der einer Änderung einer Vorspannung über Lastanschlüsse (L1, L2) der elektrischen Baugruppe (500) von Sperr- zu Durchlassspannung vorausgeht.
  22. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 19 bis 21, wobei die Steuerschaltung (590) einen ersten Ausgangschluss (OUT1) umfasst, der mit dem Steueranschluss (CTR1) der bipolaren Schaltvorrichtung (510) elektrisch gekoppelt ist, und einen zweiten Ausgangsanschluss (OUT2), der mit dem Steueranschluss (CTR2) der Transistorschaltung (560) elektrisch gekoppelt ist.
  23. Elektrische Baugruppe nach einem der Ansprüche 19 bis 22, wobei die Steuerschaltung (590) einen Eingangsanschluss (FB) umfasst und dafür geeignet ist, die bipolare Schaltvorrichtung (510) als Antwort auf ein an den Eingangsanschluss (FB) angelegtes und einen Kurzschlusszustand anzeigendes Signal auszuschalten.
  24. Elektrische Baugruppe, umfassend eine bipolare Schaltvorrichtung (510); und eine Transistorschaltung (560), die mit der bipolaren Schaltvorrichtung (510) elektrisch parallel verbunden ist und einen selbstleitenden Junction-Feldeffekttransistor (561) umfasst, der einen Halbleiterbereich (100) aus Siliziumcarbid umfasst.
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