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Die
vorliegende Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen definiert
ist, betrifft ein Verfahren eines Stabilisierens eines Gatespannungssteuer-Leistungs-Halbleiterelements,
wie zum Beispiel eines Isolierschicht-Bipolartransistors (hier im weiteren
Verlauf als IGBT bezeichnet) und eines vertikalen Leistungs-MOSFET,
bei einer Überstrombegrenzung.
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Hintergrund
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Hier
im weiteren Verlauf wird eine Überstrombegrenzung
eines IGBT als Beispiel beschrieben.
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16 zeigt
ein Ersatzschaltbild einer Halbleitervorrichtung 100P,
die aus einem IGBT 1P und seiner Überstrom-Begrenzerschaltung 10P besteht, als
ein Beispiel im Stand der Technik. In einem Emitterbereich des IGBT 1P dieser
Figur ist eine Mehrzahl von Emitterzellen parallel geschaltet, um
einen vorbestimmten Emitterstrom (Hauptstrom) i zu leiten. Weiterhin
beinhaltet der IGBT 1P ein Stromerfassungselement (einen
Stromerfassungsabschnitt) zum Erfassen des Emitterstroms i sowie
einen Hauptabschnitt und gibt einen Stromerfassungsstrom is aus
einem Stromerfassungsanschluss S aus, der mit dem Stromerfassungselement
verbunden ist. Bezugszeichen G, C und E stellen einen Gateanschluss,
einen Kollektoranschluss bzw. einen Emitteranschluss des IGBT 1P dar.
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Obgleich
ein Planargate-IGBT, welcher durch Mikroherstellung erzielt wird,
und ein Grabengate-IGBT als ein Hochleistungs-IGBT in den jüngsten Jahren
entwickelt worden sind, weisen diese IGBTs jeweils eine Anzahl von
Kanalbereichen pro Einheitsfläche
auf und setzen voraus, dass ein Lastkurzschlusszustand auftritt,
wobei ein sehr großer
Hauptstrom fließt,
um einen Energieverlust zu erhöhen, was
eine bedeutsame Charakteristikverschlechterung des Elements verursacht.
Aus diesem Grund ist es in dem IGBT erforderlich, den Hauptstrom
durch Überwachen
des Stromerfassungsstroms is und Verringern einer Gatespannung zu
begrenzen, wenn ein Überstrom
fließt.
Eine Überwachungsschaltung,
die zu diesem Zweck verwendet wird, ist die Überstrom-Begrenzerschaltung.
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Die
Druckschrift US-A-5 801 573 offenbart eine Vorrichtung für eine Überstrombegrenzung
in Leistungsvorrichtungen.
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In 16 ist
die Überstrom-Begrenzerschaltung 10P gezeigt,
die einen allgemeinen Aufbau aufweist. Wenn eine Spannung zwischen
dem Stromerfassungsanschluss S und dem Emitteranschluss E, welche
das Produkt des Stromerfassungsstroms is ähnlich dem Emitterstrom i und
dem Widerstandswert RS eines Erfassungswiderstands 3P ist,
gleich oder größer als
die Schwellwertspannung eines strombegrenzenden MOSFET 2P eines
n-Typs wird, wird der MOSFET 2P eingeschaltet, und werden elektrische
Ladungen, die in einem Gatebereich des IGBT 1P gesammelt
werden, überbrückt, um
die Gatespannung des IGBT 1P zu verringern und den IGBT 1P in
einen ausgeschalteten Zustand zu bringen, um dadurch eine Erhöhung des
Hauptstroms i zu unterdrücken.
Weiterhin weist diese Schaltung 10P einen Vorteil eines Änderns eines Überstroms-Erfassungspegels
durch Ändern
des Widerstandswerts RS des Erfassungswiderstands 3P und der
Schwellwertspannung des MOSFET 2P auf.
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Weiterhin
wird, wenn eines Sperrspannung über
das Gate und den Emitter des IGBT 1P angelegt wird, wie
es in 17 gezeigt ist, die Sperrspannung durch
Vorsehen einer Diode 8P zwischen dem Gateanschluss G des
IGBT 1P und einem Drain des MOSFET 2P aufrecht
erhalten.
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Weiterhin
kann, obgleich der MOSFET 2P des n-Typs als ein Strombegrenzertransistor
in den 16 und 17 verwendet
wird, ein Bipolartransistor statt dessen verwendet werden, um den
gleichen Effekt zu erzeugen.
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Die Überstrom-Begrenzerschaltung 10P kann
eine stabile Überstrombegrenzung
erzielen, wenn der Emitterstrom i und der Stromerfassungsstrom is
das gleiche Verhalten auch in einem Übergangszustand zeigen.
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Auf
den Übergang
eines Einschaltens und Ausschaltens bei einem Schaltvorgang des
IGBT gibt es jedoch einen Fall, in dem diese Ströme i und is auf Grund von verschiedenen
Faktoren nicht das gleiche Verhalten zeigen. Zum Beispiel gibt es
Fälle,
(1) in denen die Schwellwertspannung (Vthm) des Hauptabschnitts
und die Schwellwertspannung (Vths) des Stromerfassungsabschnitts
aus einem internen strukturellen Grund des IGBT zueinander unterschiedlich
sind und die Beziehung Vthm > Vths
gilt, und (2) in denen die Zeitkonstante, welche durch einen inneren
Gatewiderstand (Rgm) und eine Gatekapazität (Cm) des Hauptabschnitts
definiert ist, und die Zeitkonstante, welche durch einen inneren
Gatewiderstand (Rgs) und eine Gatekapazität (Cs) des Stromerfassungsabschnitts
definiert ist, die Beziehung (Rgm × Cm) < (Rgs × Cs) aus einem Entwurfsgrund halten.
Dann wird in derartigen Fällen
(1) und (2) berichtet, dass es einen Fall gibt, in dem die Dämpfung des
Stromerfassungsstroms is kleiner als die des Hauptstroms i bei dem
Einschalten wird und der Stromerfassungsstrom is augenblicklich
erhöht
wird (siehe "Analysis
and Suppressing Method of Transient Peak Current In Current Detecting
Unit Cell of IGBT With Current Sense", The Transactions of the Institute
of Electrical Engineers of Japan. C, Bd. 115, Nr. 1).
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In
einem derartigen Fall wird die Überstrom-Begrenzerschaltung 10P,
die in den 16 und 17 dargestellt
ist, nicht früh
im Stande sein, die stabile Überstrom-Unterdrückungsfunktion
durchzuführen.
Genauer gesagt wird, wenn der Stromerfassungsstrom is auf Grund
der Faktoren (1), (2) und dergleichen erhöht wird, da die Spannung, welche das
Produkt des Stroms is, der in den Stromerfassungsabschnitt fließt, und
des Widerstandswerts RS des Erfassungswiderstands 3P ist,
auf über
die Spannung zu der Zeit ansteigt, zu der diese Ströme i und
is das gleiche Verhalten auch in dem Lastkurzschlusszustand aufweisen,
eine Spannung, die an die Gateelektrode und den strombegrenzenden MOSFET 2P angelegt
wird, höher
und wird die Erregungsfähigkeit
des MOSFET 2P viel höher
als erforderlich. Aus diesem Grund wird die Geschwindigkeit eines
Verringerns der Gatespannung des IGBT 1P schneller. Wenn
die Geschwindigkeit eines Verringerns der Gatespannung daher schneller
wird, wird die Ausschaltgeschwindigkeit des IGBT 1P schneller und
wird als ein Ergebnis eine Stoßspannung,
welche durch eine Schaltungsinduktivität und die Änderungsrate des Stroms bei
dem Ausschalten definiert ist, höher
und deshalb kann es abhängig
von Bedingungen einen Fall geben, in dem die Stoßspannung die Elementdurchbruchsspannung überschreitet.
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Diese
Probleme entstehen sowohl in Fällen, in
denen der Bipolartransistor als ein Strombegrenzungstransistor an
Stelle des MOSFET 2P verwendet wird und in denen ein vertikaler
Leistungs-MOSFET als ein Leistungs-Halbleiterelement verwendet wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist dazu gedacht, die vorhergehenden Probleme
zu lösen,
und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, immer einen stabilen Überstrom-Begrenzungsvorgang
ohne Erhöhen
einer Ausschaltgeschwindigkeit eines Leistungs-Halbleiterelements
bei einer Überstrombegrenzung
unter jeder Bedingung und in jedem Zustand zu erzielen.
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Die
vorliegende Erfindung ist auf eine Überstrom-Begrenzerschaltung
gerichtet. Gemäß einem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Überstrom-Begrenzerschaltung eines Leistungs-Halbleiterelements,
welche erste und zweite Bereiche zum Leiten eines Hauptstroms, einen
dritten Bereich zum Steuern des Hauptstroms, welcher von dem ersten
Bereich zu dem zweiten Bereich fließt, einen Strom-Erfassungsbereich
zum Leiten eines Stromerfassungsstroms von dem zweiten Bereich und
einen ersten Elektrodenanschluss, einen zweiten Elektrodenanschluss,
einen dritten Elektrodenanschluss und einen Stromerfassungsanschluss aufweist,
die mit dem ersten Bereich, dem zweiten Bereich, dem dritten Bereich
bzw. dem Stromerfassungsbereich verbunden sind, auf: einen Widerstand,
der zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss und dem Stromerfassungsanschluss
angeschlossen ist; einen Transistor, der eine erste Hauptelektrode,
eine zweite Hauptelektrode und eine Hauptsteuerelektrode aufweist,
die mit dem dritten Elektrodenanschluss, dem zweiten Elektrodenanschluss
bzw. dem Stromerfassungsanschluss verbunden sind, welcher in einen
Durchlasszustand kommt, um einen Strom von der ersten Hauptelektrode
zu der zweiten Hauptelektrode zu leiten, wenn eine Spannung, die
nicht niedriger als eine erste Steuerspannung ist, an die Hauptsteuerelektrode
angelegt wird; und eine zwischen der Hauptsteuerelektrode und der
zweiten Hauptelektrode des Transistors angeschlossene Spannungsklemmschaltung zum
Klemmen einer an der Hauptsteuerelektrode anliegenden Spannung auf
eine zweite Steuerspannung, die nicht niedriger als die erste Steuerspannung
ist, wenn eine Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms
und des Werts des Widerstands ist, ein vorbestimmter Wert wird,
der nicht niedriger als die erste Steuerspannung ist.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts die Spannungsklemmschaltung eine Diode auf, die
eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode aufweist, die mit
der Hauptsteuerelektrode bzw. der zweiten Hauptelektrode des Transistors
verbunden sind, welcher in einen Durchlasszustand kommt, um einen
Strom von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode zu leiten, wenn
die Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms und des
Werts des Widerstands ist, ein vorbestimmter Wert wird, und die
zweite Steuerspannung auf der Grundlage einer Spannung zwischen
der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode definiert ist und
nicht niedriger als die erste Steuerspannung ist.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Diode in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des zweiten Aspekts derart angeschlossen, dass sie in der Durchlassrichtung
vorgespannt ist.
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Gemäß einem
vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des dritten Aspekts die Diode eine PN-Übergangs-Diode.
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Gemäß einem
fünften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung des zweiten Aspekts
die Diode derart angeschlossen, dass sie in der Sperrrichtung vorgespannt ist.
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Gemäß einem
sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des dritten Aspekts die Diode eine PN-Übergangs-Diode.
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Gemäß einem
siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des dritten Aspekts die Diode eine Schottky-Diode.
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Gemäß einem
achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts der Transistor als ein erster Transistor definiert,
weist der Widerstand einen ersten Widerstand, der ein Ende aufweist,
das mit dem Stromerfassungsanschluss verbunden ist; und einen zweiten
Widerstand auf, der ein Ende, das mit dem anderen Ende des ersten
Widerstands verbunden ist, und das andere Ende aufweist, das mit
dem zweiten Elektrodenanschluss verbunden ist, weist die Spannungsklemmschaltung
einen zweiten Transistor auf, der eine erste Elektrode, eine zweite
Elektrode und eine Steuerelektrode aufweist, die mit der Hauptsteuerelektrode
und der zweiten Hauptelektrode des Transistors bzw. dem anderen
Ende des ersten Widerstands verbunden sind, welcher in einen Durchlasszustand
kommt, um einen Strom von der ersten Elektrode zu der zweiten Elektrode
zu leiten, wenn die Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms
und des Werts des Widerstands ist, der vorbestimmte Wert wird, ist
eine Spannung zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode
des zweiten Transistors in dem Durchlasszustand nicht niedriger
als die erste Steuerspannung eingestellt und ist die zweite Steuerspannung
auf der Grundlage der Spannung zwischen der ersten Elektrode und
der zweiten Elektrode definiert.
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Gemäß einem
neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des achten Aspekts der zweite Transistor ein MOSFET.
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Gemäß einem
zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts der zweite Transistor ein Bipolartransistor.
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Gemäß einem
elften Aspekt der vorliegenden Erfindung weist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts die erste Hauptelektrode des Transistors eine
erste Elektrode; und eine Diode auf, die ein Ende und das andere
Ende aufweist, die mit dem dritten Elektrodenanschluss bzw. der
ersten Elektrode verbunden sind, und leitet die Diode einen Strom
von dem einen Ende zu dem anderen Ende in der Durchlassvorspannung.
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Gemäß einem
zwölften
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung des ersten Aspekts
der Transistor ein MOSFET.
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Gemäß einem
dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts der Transistor ein Bipolartransistor.
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Gemäß einem
vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind in der Überstrom-Begrenzerschaltung
des ersten Aspekts der Widerstand, der Transistor und die Spannungsklemmschaltung
auf einem Halbleitersubstrat integriert.
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Gemäß einem
fünfzehnten
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Überstrom-Begrenzerschaltung des ersten Aspekts
in einer Halbleitervorrichtung enthalten, die das Leistungs-Halbleiterelement aufweist.
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Gemäß einem
sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist Überstrom-Begrenzerschaltung
eines Leistungshalbleiterelements, welche erste und zweite Bereiche
zum Leiten eines Hauptstroms, einen dritten Bereich zum Steuern
des Hauptstroms, welcher von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich
fließt,
einen Stromerfassungsbereich zum Leiten eines Stromerfassungsstroms von
dem zweiten Bereich und einen ersten Elektrodenanschluss, einen
zweiten Elektrodenanschluss, einen dritten Elektrodenanschluss und
einen Stromerfassungsanschluss aufweist, die mit dem ersten Bereich,
dem zweiten Bereich, dem dritten Bereich bzw. dem Stromerfassungsbereich
verbunden sind, auf: einen Widerstand, der zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss
und dem Stromerfassungsanschluss angeschlossen ist; einen Transistor,
der eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode und eine
Hauptsteuerelektrode aufweist, die mit dem dritten Elektrodenanschluss,
dem zweiten Elektrodenanschluss bzw. dem Stromerfassungsanschluss verbunden
sind, welcher in einen Durchlasszustand kommt, um einen Strom von
der ersten Hauptelektrode zu der zweiten Hauptelektrode zu leiten,
wenn eine Spannung, die nicht niedriger als eine erste Steuerspannung
ist, an die Hauptelektrode angelegt wird; und eine zwischen der
Hauptsteuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode des Transistors
angeschlossene Spannungsklemmeinrichtung zum Klemmen der an der
Hauptsteuerelektrode anliegenden Spannung auf eine zweite Steuerspannung,
die nicht niedriger als die erste Steuerspannung ist, wenn eine
Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms und des Werts
des Widerstands ist, ein vorbestimmter Wert wird, der nicht niedriger als
die erste Steuerspannung ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist ebenso auf eine Halbleitervorrichtung
gerichtet. Gemäß einem siebzehnten
Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Halbleitervorrichtung
auf: ein Leistungs-Halbleiterelement, das erste und zweite Bereiche
zum Leiten eines Hauptstroms, einen dritten Bereich zum Steuern
des Hauptstroms, welcher von dem ersten Bereich zu dem zweiten Bereich
fließt,
einen Strom-Erfassungsbereich zum Leiten eines Stromerfassungsstroms
von dem zweiten Bereich und einen ersten Elektrodenanschluss, einen
zweiten Elektrodenanschluss, einen dritten Elektrodenanschluss und
einen Stromerfassungsanschluss aufweist, die mit dem ersten Bereich,
dem zweiten Bereich, dem dritten Bereich bzw. dem Strom-Erfassungsbereich verbunden
sind; einen Widerstand, der zwischen dem zweiten Elektrodenanschluss
und dem Stromerfassungsanschluss angeschlossen ist; einen Transistor,
der eine erste Hauptelektrode, eine zweite Hauptelektrode und eine
Hauptsteuerelektrode aufweist, die mit dem dritten Elektrodenanschluss,
dem zweiten Elektrodenanschluss bzw. dem Stromerfassungsanschluss
verbunden sind, welcher in einen Durchlasszustand kommt, um einen
Strom von der ersten Hauptelektrode zu der zweiten Hauptelektrode
zu leiten, wenn eine Spannung, die nicht niedriger als eine erste
Steuerspannung ist, an die Hauptsteuerelektrode angelegt wird; und
eine zwischen der Hauptsteuerelektrode und der zweiten Hauptelektrode
des Transistors angeschlossene Spannungsklemmschaltung zum Klemmen
einer an der Hauptsteuerelektrode anliegenden Spannung auf eine zweite
Steuerspannung, die nicht niedriger als die erste Steuerspannung
ist, wenn eine Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms
und des Werts des Widerstands ist, ein vorbestimmter Wert wird,
der nicht niedriger als die erste Steuerspannung ist.
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In
der Überstrom-Begrenzerschaltung
der ersten bis siebzehnten Aspekte der vorliegenden Erfindung wird,
wenn sich der Stromerfassungsstrom erhöht und die Spannung, welche
das Produkt des Stromerfassungsstroms und des Werts des Widerstands
ist, den Spannungswert erreicht, der nicht niedriger als die erste
Steuerspannung ist, die an der Hauptsteuerelektrode des Transistors
anliegende Spannung zu der zweiten Steuerspannung geklemmt, welche
dem Spannungswert entspricht, der nicht niedriger als die erste
Steuerspannung ist, und wird die Erhöhung einer Erregungsfähigkeit
des Transistors unterdrückt
und wird als Ergebnis die Geschwindigkeit oder Rate eines Verringerns
der Steuerspannung, die an dem dritten Elektrodenanschluss des Leistungs-Halbleiterelements
angelegt ist, auf einen konstanten Wert beschränkt und wird nicht schneller.
Deshalb wird in dem Lastkurzschlusszustand auch dann, wenn der Hauptstrom
und der Erfassungsstrom nicht das gleiche Verhalten zeigen, die
Stoßspannung
des Leistungs-Halbleiterelements bei
dem Ausschalten trotzdem unterdrückt
und kann immer ein stabiler Überstrom-Begrenzervorgang
erzielt werden.
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In
der Überstrom-Begrenzerschaltung
der dritten und vierten Aspekte der vorliegenden Erfindung kann
insbesondere, da die erste Steuerspannung des Transistors und die
Durchlassspannung der Diode die gleiche Temperaturabhängigkeit
aufweisen, ein viel stabilerer Überstrom-Begrenzervorgang
gegenüber
einer Temperaturänderung
erzielt werden.
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Diese
und andere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden
Erfindung ersichtlicher, wenn diese in Verbindung mit der beiliegenden
Zeichnung durchgeführt
werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnung
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1 zeigt
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus einer Halbleitervorrichtung
gemäß einem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
einen vertikalen Querschnitt, der teilweise einen inneren Aufbau
eines IGBT mit einer Stromerfassung darstellt;
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3 zeigt
eine Ansicht eines Ersatzschaltbilds in einer Vorrichtungssimulation
einer Überstrom-Begrenzerschaltung
im Stand der Technik;
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4 zeigt
eine Ansicht eines Ersatzschaltbilds in einer Vorrichtungssimulation
einer Überstrom-Begrenzerschaltung
gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 und 6 zeigen
Ansichten des Ergebnisses der Vorrichtungssimulation bezüglich der Überstrom-Begrenzerschaltung
im Stand der Technik;
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7 und 8 zeigen
Ansichten des Ergebnisses der Vorrichtungssimulation bezüglich der Überstrom-Begrenzerschaltung
gemäß dem ersten bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9 zeigt
einen vertikalen Querschnitt eines Strombegrenzer-MOSFET einer Überstrom-Begrenzerschaltung,
die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
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10 zeigt
einen vertikalen Querschnitt eines Erfassungswiderstands der Überstrom-Begrenzerschaltung,
die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;
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11 zeigt
einen vertikalen Querschnitt eines Aufbaus einer Spannungsklemmdiode
der Überstrom-Begrenzerschaltung,
die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, als eine PN-Übergangs-Diode;
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12 zeigt
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus einer Halbleitervorrichtung
gemäß einer Ausgestaltung
des ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels;
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13 zeigt
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus einer Halbleitervorrichtung
gemäß einem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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14 zeigt
einen vertikalen Querschnitt eines Aufbaus der Spannungsklemmdiode
der Überstrom-Begrenzerschaltung,
die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, als eine Schottky-Diode;
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15 zeigt
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus einer Halbleitervorrichtung
gemäße einem dritten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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16 zeigt
eine Ansicht eines Beispiels einer Überstrom-Begrenzerschaltung
im Stand der Technik; und
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17 zeigt
eine Ansicht eines anderen Beispiels der Überstrom-Begrenzerschaltung im Stand der Technik.
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Beste Weise
zum Ausführen
der Erfindung
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Halbleitervorrichtung,
die mindestens ➀ ein Leistungs-Halbleiterelement und ➁ eine Überstrom-Begrenzerschaltung
aufweist, die als eine Steuerschaltung zum Steuern eines Überstroms
dient, der in einem Lastkurzschlusszustand und der Gleichen in dem
Leistungs-Halbleiterelement fließt. Hierbei ist ➀ das
Leistungs-Halbleiterelement
ein Schaltelement, das eine Gateelektrode oder eine Steuerelektrode aufweist,
zum Steuern der Höhe
von Hauptströmen, die
zwischen dem ersten Elektrodenanschluss und dem zweiten Elektrodenanschluss
in Übereinstimmung
mit der Steuerspannung fließen,
die an die Gateelektrode angelegt ist und ist zum Beispiel ein IGBT oder
ein vertikaler Leistungs-MOSFET. Weiterhin weist das Element einen
Strom-Erfassungsbereich zum Erzeugen und Ausgeben eines Stromerfassungsstroms
auf, welcher verwendet wird, um zu erfassen, ob der Hauptstrom den
Wert erreicht, mit welchem es als in einem Überstromzustand bewertet wird.
Andererseits weist ➁ die Überstrom-Begrenzerschaltung
mindestens (i) einen Erfassungswiderstand, (ii) einen Strombegrenzungstransistor
und (iii) eine Spannungsklemmschaltung auf. Insbesondere ist die
Spannungsklemmschaltung ein Kern der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung und ist zwischen der Hauptsteuerspannung
und der zweiten Hauptelektrode des Strombegrenzungstransistors vorgesehen
und weist eine Funktion eines Klemmens der Hauptsteuerspannung des
Strombegrenzungstransistors in Übereinstimmung
mit einer Spannung auf, die in dem Erfassungswiderstand entwickelt
wird, um die Erregungsfähigkeit
des Transistors zu steuern, sich nicht über die Fähigkeit bei dem Klemmen zu
erhöhen.
In diesem Fall entspricht ein Aufbau, in welchem die Spannungsklemmschaltung
eine Diode verwendet, den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen,
die nachstehend erläutert
werden, und entspricht ein Aufbau, in welchem die Spannungsklemmschaltung
ein Schaltelement, wie zum Beispiel ein MOSFET und ein Bipolartransistor
ist, dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
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Die
ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiele werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert.
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(Das erste bevorzugte
Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt
eine Ansicht eines Schaltungsaufbaus einer Halbleitervorrichtung 100 gemäß dem ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Diese Schaltung 100 besteht hauptsächlich aus
einem IGBT 1 als ein Leistungs-Halbleiterelement und einer Überstrom-Begrenzerschaltung 10.
Ein Teil eines internen Aufbaus des IGBT 1 ist in 2 gezeigt.
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Der
IGBT 1 weist eine Stromerfassungsfunktion sowie eine Schaltfunktion
auf und ist als ein Element dargestellt, in welchem ein Hauptabschnitt-PMIGBT
und ein Stromerfassungsabschnitt-PSIGBT in einem Ersatzschaltbild
parallel zueinander geschaltet sind, wie es in 4 gezeigt später beschrieben
wird. Genauer gesagt weist der IGBT 1, wie es in 2 dargestellt
ist, einen ersten Bereich oder einen Kollektorbereich und einen
zweiten Bereich oder einen Emitterbereich zum Leiten des Hauptstroms
i, der in 1 gezeigt ist, dazwischen, einen
dritten Bereich oder einen Gatebereich zum Steuern des Hauptstroms
i, einen Strom-Erfassungsbereich, der in dem Emitterbereich ausgebildet ist,
zum Leiten des Stromerfassungsstroms is, der in 1 gezeigt
ist, von dem Emitterbereich nach außen, einen ersten Elektrodenanschluss
oder einen Kollektoranschluss C (siehe 1), der
mit der Kollektorelektrode (nicht gezeigt) in dem Kollektorbereich
verbunden ist, einen zweiten Elektrodenanschluss oder einen Emitteranschluss
E (1), der mit einer Emitterelektrode 11 in
dem Emitterbereich verbunden ist, einen dritten Elektrodenanschluss oder
einen Gateanschluss G (1), der mit der Gateelektrode
in dem Gatebereich verbunden ist, und einen Stromerfassungsanschluss
S (1) auf, der mit einer Stromerfassungselektrode 12 in
dem Strom-Erfassungsbereich verbunden ist.
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Andererseits
weist die Überstrom-Begrenzerschaltung 10 Bauelemente
auf, die in 1 gezeigt sind. Genauer gesagt
weist die Schaltung 10 ➀ einen Erfassungswiderstand 3,
der zwischen dem Emitteranschluss E und dem Stromerfassungsanschluss
S angeschlossen ist, der einen Widerstandswert RS aufweist,
und ➁ einen Transistor 2 auf, der eine erste Hauptelektrode 2D,
eine zweite Hauptelektrode 2S und eine Hauptsteuerelektrode 2G aufweist,
die mit dem Gateanschluss G, dem Emitteranschluss E bzw. dem Stromerfassungsanschluss
S des IGBT 1 verbunden sind, der eingeschaltet wird, um
elektrische Ladungen, die in dem Gatebereich des IGBT 1 gesammelt
sind, von der ersten Hauptelektrode 2D zu der zweiten Hauptelektrode 2S als
einen Nebenschlussstrom zu leiten, wenn mindestens eine erste Steuerspannung
an die erste Hauptelektrode 2G angelegt ist. Als ein spezifisches
Beispiel des Transistors 2 kann ein (npn- oder pnp-) Bipolartransistor
verwendet werden oder kann ein (n- oder p-) MOSFET verwendet werden.
Hierbei wird als der Transistor 2, welcher ein Element
zum Verringern einer Gatespannung des IGBT 1 in dem Überstromzustand
ist, ein n-MOSFET verwendet. Deshalb entsprechen die Anschlüsse 2D, 2S und 2G einer
Drainelektrode, einer Sourceelektrode bzw. einer Gateelektrode und
entspricht die erste Steuerspannung einer Schwellwertspannung des
MOSFET 2.
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Weiterhin
weist die vorhergehende Schaltung 10 ebenso ➂ eine
Spannungsklemmschaltung 4 auf, die aus mindestens einer
Diode 5 gebildet ist, welche zwischen der Gateelektrode 2G und
der Sourceelektrode 2S des MOSFET 2 angeschlossen ist,
um in der Durchlassrichtung vorgespannt zu werden. Eine Durchlassspannung
der Diode 5 ist auf nicht niedriger als die Schwellwertspannung
des MOSFET 2 eingestellt und eine erste Elektrode oder eine
Anodenelektrode 5A und eine zweite Elektrode oder eine
Kathodenelektrode 5K der Diode 5 sind mit der
Gateelektrode 2G bzw. der Sourceelektrode 2S verbunden.
Als ein spezifisches Beispiel der Diode 5 kann eine Schottky-Diode
verwendet werden, aber eine PN-Übergangs-Diode
wird vorzugsweise verwendet.
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In
der Überstrom-Begrenzerschaltung 10, die
den vorhergehenden Aufbau aufweist, ist, wenn der IGBT 1 in
einem Durchlasszustand ist und der Hauptstrom i in dem Bereich von
normalen Werten ist, da die Spannung, welche das Produkt des Stromerfassungsstroms
is und des Widerstandswerts RS aus ist,
kleiner als die Durchlassspannung der Diode 5 ist, die
Diode 5 in einem Sperrzustand, wird die Gatespannung des
MOSFET 2 nicht durch die Spannungsklemmschaltung 4 geklemmt,
wird der vorhergehende Spannungswert (is × RS)
an die Gateelektrode 2G des MOSFET 2 angelegt,
und zeigt der MOSFET 2 die Erregungsfähigkeit gemäß der Spannung. Im Gegensatz
dazu erhöht
sich unter anomalen Umständen,
wie zum Beispiel einem Kurzschluss einer externen Last, die mit
dem Kollektoranschluss C oder dem Emitteranschluss E der Vorrichtung 100 und
der Gleichen verbunden ist, der Hauptstrom i, um den Stromwert zu
erreichen, welcher als Überstrom bewertet
wird (in dem Überstromzustand)
und erhöht sich
demgemäß der Stromerfassungsstrom
is und erfährt,
wie es zuvor dargelegt worden ist, wenn diese Ströme i und
is nicht das gleiche Verhalten bezüglich des Übergangs zeigen, der Stromerfassungsstrom
is augenblicklich eine scharfe Erhöhung. Als Ergebnis erhöht sich
der Spannungswert (is × RS) scharf und wird in diesem Verfahren, wenn
der Spannungswert (is × RS) einen vorbestimmten Wert, d.h. den Wert
der Durchlassspannung der Diode 5, erreicht, die Diode 5 eingeschaltet
und in einen leitenden Zustand gebracht und wird die Gatespannung
(die Spannung zwischen Stromerfassung und Emitter) des MOSFET 2 auf
der Grundlage der Durchlassspannung und der Spannung zwischen der
Stromerfassung und dem Emitter bestimmt und überschreitet nicht früh die Durchlassspannung
der Diode 5. Anders ausgedrückt klemmt in dem Zustand,
in dem die Beziehung (der Spannungswert (is × RS) ≧ der Durchlassspannung
der Diode 5) erfüllt
ist, die Spannungsklemmschaltung 4 die Spannung, die an
die Gateelektrode 2G des MOSFET 2 angelegt ist,
auf die zweite Steuerspannung (konstanter Wert), welche gleich der Durchlassspannung
der Diode 5 ist. Bei diesem Klemmen kann die Erregungsfähigkeit
des MOSFET 2 nicht früh
erhöht
werden und wird ein konstanter Wert und stabilisiert als Ergebnis
der MOSFET 2 die Geschwindigkeit eines Verringerns der
Gatespannung des IGBT 1 auf den konstanten Wert und hält den IGBT 1 in
dem Sperrzustand.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben eine Vorrichtungssimulation
bezüglich
Fällen durchgeführt, in
denen die Spannungsklemmschaltung 4 vorgesehen ist und
in denen keine Spannungsklemmschaltung 4 vorgesehen ist,
und das Ergebnis wird nachstehend gezeigt. Zuerst zeigen die 3 und 4 Ersatzschaltbilder,
die in der Vorrichtungssimulation verwendet werden, und zeigt insbesondere 3 eine Stromunterdrückungsschaltung
im Stand der Technik und zeigt 4 eine Stromunterdrückungsschaltung
in dem Fall, in dem die Spannungsklemmschaltung 4 aus einer
Mehrzahl von Dioden (in dieser Figur D3 und D4) besteht, und die
Dioden (D3 und D4) derart in Reihe zueinander geschaltet sind, dass
sie in der Durchlassrichtung vorgespannt werden. Weiterhin stellt
in den 3 und 4 das Bezugszeichen LP eine
externe Last dar, stellt D2 eine Freilaufdiode dar, stellen Bezugszeichen
L2 und L3 Induktanzkomponenten an den Anschlüssen dar und stellen LS1 bis
LS4 Parasitärinduktanzkomponenten
auf Drähten
dar.
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Als
Nächstes
zeigen 5 und 6, welche eine vergrößerte Ansicht
von 5 ist, Schaltwellenformen als das Ergebnis der
Vorrichtungssimulation bezüglich
der Schaltung von 3 im Stand der Technik in einem
Zustand, in dem die Last LP kurzgeschlossen ist. Wie es sich aus 6 versteht, erreicht,
wenn die Überstrombegrenzung
startet, d.h., wenn ein Hauptstrom ICE des IGBT 1P startet, sich
von dem Maximalwert zu verringern, eine Kollektor/Emitterspannung
VCE augenblicklich den Maximalwert über 700 V und wird die Stoßspannung
bei dem Ausschalten groß.
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Andererseits
zeigen 7 und 8, welche eine vergrößerte Ansicht
von 7 ist, Schaltwellenformen als das Ergebnis der
Vorrichtungssimulation bezüglich
der Schaltung von 4 in dem Zustand, in dem die
Last LP kurzgeschlossen ist. Wie es sich aus 8 versteht,
ist der Maximalwert, welchen die Kollektor/Emitterspannung VCE des
IGBT 1 augenblicklich erreicht, nachdem die Überstrombegrenzung
startet, niedriger als 700 V.
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Es
versteht sich aus diesen Simulationsergebnissen, dass die Überstrom-Begrenzerschaltung, die
in den 1 und 4 gezeigt ist, die Stoßspannung
bei dem Ausschalten in den Überstrom-Begrenzerzustand
auf einen niedrigeren Pegel als die Überstrom-Begrenzerschaltung
im Stand der Technik verringert, die in den 16 und 3 gezeigt
ist.
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Weiterhin
ist es, wenn die Diode 5 in z.B. Silizium, wie es später erläutert wird,
hergestellt wird, möglich,
einfach die Durchlassspannung der Diode mit Parametern von ➀ den
Bereich in einem Abschnitt, an dem die Diode 5 vorgesehen
ist, und ➁ die Anzahl von Dioden, die in Reihe geschaltet
sind, zu ändern.
Ein Ändern
der Durchlassspannung der Diode 5 bedeutet ein Ändern des
Einstellwerts der zweiten Steuerspannung, was dadurch zu einem Ändern der
Erregungsfähigkeit
des MOSFET 2 bei dem Klemmen der Gatespannung führt.
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Weiterhin
weist der Aufbau von 1 einen Vorteil bezüglich einer
Temperaturabhängigkeit
auf. Genauer gesagt weist in beiden der Fälle, in denen einen MOSFET
als der Überstrom-Begrenzungstransistor 2 verwendet
wird, und in denen ein Bipolartransistor verwendet wird, die Stellwertspannung
des Transistors 2 eine negative Abhängigkeit bezüglich der
Temperatur auf und ist deshalb die Temperaturabhängigkeit der Durchlasscharakteristiken
der Diode 5 ebenso negativ, wobei diese Schaltung 10 einen stabileren
Betrieb gegenüber
einer Temperaturänderung
erzielen kann.
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Die
Bauelemente 2 bis 4 der Überstrom-Begrenzerschaltung 10,
die in 1 gezeigt ist, können diskrete Komponenten sein,
die auf einer Leiterplatte, einem keramischen Substrat oder der
Gleichen montiert sind, um die Schaltung 10 zu bilden.
Statt dessen können
die Komponenten 2 bis 4 jedoch auf einem n- oder
p-Silizium-Halbleitersubstrat
ausgebildet sein, um die Schaltung 10 als eine integrierte Schaltung
zu bilden. Ein spezifisches Beispiel eines Aufbaus der Komponenten 2 bis 4 in
dem letzteren Fall wird in den vertikalen Querschnitten der 9 bis 11 gezeigt,
die einen Fall nehmen, in dem das Halbleitersubstrat als eine Basis
ein n-Siliziumsubstrat ist. Bezugszeichen in den 9 bis 11 stellen
das Folgende dar. Genauer gesagt stellt ein Bezugszeichen 20 ein
n-Si-Substrat dar, stellt 21 eine Sourceelektrodenschicht
dar, stellt 22 eine Gateelektrodenschicht dar, stellt 23 eine
Drainelektrodenschicht dar, stellen Bezugszeichen 24, 25, 33 und 53 einen
SiO2-Film als Isolationsschichten dar, stellt
das Bezugszeichen 26 einen SiO2-Film
als einen Gateisolationsfilm dar, stellt 27 eine Polysiliziumschicht
als eine Gateelektrode dar, stellt 28 eine n+-Schicht
dar, stellt 29 einen p-Senkenbereich dar, stellt 34 eine
Widerstandsschicht dar, stellt 31 einen der Anschlüsse des
Erfassungswiderstands 3 dar, stellt 32 den anderen
Anschluss dar, stellt 51 eine Kathodenelektrodenschicht
dar, stellt 52 eine Anodenelektrodenschicht dar, stellt 54 einen
n-Polysiliziumbereich dar und stellt 55 einen p-Polysiliziumbereich
dar.
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Weiterhin
entsprechen in einem Fall, in dem ein npn-Bipolartransistor als
der Transistor 2 der Überstrom-Begrenzerschaltung 10 verwendet
wird, die erste Hauptelektrode, die zweite Hauptelektrode und die
Hauptsteuerelektrode des Transistors 2 einer Kollektorelektrode,
einer Emitterelektrode bzw. einer Basiselektrode.
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(Ausgestaltung des ersten
bevorzugten Ausführungsbeispiels)
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Die Überstrom-Begrenzerschaltung 10,
die in 1 gezeigt ist, kann an einem Fall angewendet werden,
in dem eine Elektrode 8, deren Anodenelektrode und Kathodenelektrode
mit der Gateelektrode G des IGBT 1 bzw. der Drainelektrode
des strombegrenzenden MOSFET verbunden sind, ähnlich dem Fall angewendet
werden, der in 17 gezeigt ist. In diesem Fall
besteht die erste Hauptelektrode 2D des Transistors 2 aus
der ersten Elektrode D des Transistors 2 selbst und der
Diode 8. Ein Beispiel dieses Aufbaus ist in 12 gezeigt.
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(Das zweite bevorzugte
Ausführungsbeispiel)
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Das
kennzeichnende Merkmal des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung liegt in der Spannungsklemmschaltung, die
aus mindestens einer Diode (welche ein gemeinsames Merkmal mit dem
ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist) und eines positiven Verwendens der Sperrspannung oder Durchbruchsspannung
der Diode als eine Klemmspannung. Dieser Punkt wird unter Bezugnahme
auf die Figuren nachstehend detailliert erläutert.
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13 zeigt
eine Ansicht, die einen Aufbau der Halbleitervorrichtung 100,
demgemäß des IGBT 1 und
der Überstrom-Begrenzerschaltung 10,
gemäß dem zweiten
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt. Ebenso wird in dieser Figur ein
n-MOSFET als der Transistor 2 verwendet, welcher ein Element
zum Verringern der Gatespannung des IGBT 1 in dem Überstromzustand
ist. Weiterhin ist hierin eine Diode 6 derart zwischen
der Gateelektrode 2G und der Sourceelektrode 2S des MOSFET 2 angeschlossen,
dass sie in der Sperrrichtung vorgespannt ist, um die Spannungsklemmschaltung 4 zu
bilden. Die Durchbruchsspannung der Diode 6 ist nicht niedriger
als die Schwellwertspannung des MOSFET 2 eingestellt.
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Daher
ist die zweite Steuerspannung, welche die Klemmspannung ist, gleich
der Durchbruchsspannung der Diode 6 in dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel.
Genauer gesagt wird, wenn das Produkt des Widerstandswerts RS des Erfassungswiderstands 3 und
des Stromerfassungsstroms is niedriger als die Durchbruchsspannung
der Diode 6 ist, die Gatespannung des MOSFET 2 durch
den Spannungswert (is × RS) bestimmt, aber, wenn der vorhergehende
Spannungswert (is × RS) gleich oder höher als die Durchbruchsspannung
der Diode 6 erhöht
wird, wird die Diode 6 eingeschaltet und wird als Ergebnis
eine Spannung, die höher
als die Durchbruchsspannung der Diode 6 ist, nicht früh an die
Gateelektrode 2G des MOSFET 2 angelegt, und kann der
gleiche Effekt wie in dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel
erzeugt werden.
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Weiterhin
ist es in einem Fall, in dem die Diode 6 eine PN-Übergangs-Diode
ist und in Polysilizium hergestellt ist, wie es in 10 gezeigt
ist, möglich,
einfach die Durchbruchsspannung der Diode 6 mit Parametern
von Konzentrationen der P-Schicht und N-Schicht zu ändern.
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Weiterhin
erzeugt ein Aufbau der Diode 6 als eine Schottky-Diode
ebenso ein bevorzugtes Ergebnis in dem vorliegenden Fall. Ein Beispiel
einer Integration der Diode 6 in diesem Fall ist in 14 gezeigt.
In dieser Figur stellt ein Bezugszeichen 61 eine Anodenschicht
dar, stellt 62 eine Kathodenschicht dar und beide der Schichten 61 und 62 sind
Legierungsschichten, in welchen Si in einer Al-Schicht (Aluminiumschicht)
bei 1% enthalten ist. Weiterhin stellt ein Bezugszeichen 63 einen
SiO2-Film (Isolationsfilm) dar.
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(Das dritte bevorzugte
Ausführungsbeispiel)
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In
dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist der Strombegrenzungstransistor 2, der in den ersten
und zweiten bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben ist, als "ein
erster Transistor" definiert.
Weiterhin ist die Spannungsklemmschaltung 4 aus einem zweiten
Transistor ausgebildet. Aus diesem Grund ist der Erfassungswiderstand 3 in
erste und zweite Widerstände
geteilt und ist die Steuerelektrode des zweiten Transistors mit
einem Knoten zwischen den ersten und zweiten Transistoren verbunden
und ist eine Spannung (welche der zuvor erläuterten zweiten Steuerspannung
entspricht) zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode
des zweiten Transistors in dem Durchlasszustand nicht niedriger
als die zuvor erläuterte
erste Steuerspannung des ersten Transistors eingestellt. Das kennzeichnende
Merkmal des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird unter
Bezugnahme auf die Figuren nachstehend im Detail erläutert.
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15 zeigt
eine Ansicht eines Aufbaus des IGBT 1 und der Überstrom-Begrenzerschaltung 10 gemäß dem dritten
bevorzugten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung. Ebenso wird in dieser Figur ein n-MOSFET
als der Transistor 2 verwendet, welcher ein Element zum
Verringern der Gatespannung des IGBT 1 in dem Überstromzustand
ist. Weiterhin wird in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ein Klemm-n-MOSFET, der eine erste Elektrode oder eine Drainelektrode 7D und
eine zweite Elektrode oder eine Sourceelektrode 7S aufweist,
die mit der Gateelektrode 2G bzw. der Sourceelektrode 2S des
MOSFET 2 verbunden sind, als der zweite Transistor 7 verwendet,
der die Spannungsklemmschaltung 4 bildet. Weiterhin ist
eine Steuerelektrode oder eine Gateelektrode 7G des Klemm-MOSFET 7 mit
einem Ende eines ersten Widerstands 31 verbunden, der einen
Widerstandswert RS1 aufweist, dessen anderes
Ende mit dem Stromertassungsanschluss S oder einem Ende des zweiten
Widerstands 32 verbunden ist, der einen Widerstandswert
RS2 aufweist. Weiterhin ist eine Drain/Sourcespannung
(oder die zweite Steuerelektrode) des MOSFET 7 in dem Durchlasszustand
auf nicht niedriger als die Schwellwertspannung (oder die erste
Steuerspannung) des MOSFET 2 eingestellt.
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Nun
wird, wenn die Spannung, welche das Produkt des Widerstandswerts
RS des Erfassungswiderstands 3 und
des Stromerfassungsstroms is ist, niedriger als ein vorbestimmter
Wert ist, anders ausgedrückt,
wenn eine Spannung, die in dem zweiten Widerstand 32 entwickelt
wird, niedriger als die Schwellwertspannung des MOSFET 7 ist,
die Gatespannung des MOSFET 2 durch den Spannungswert (is × RS) bestimmt und weist der MOSFET 2 die
Erregungsfähigkeit
in Übereinstimmung
der Gatespannung davon auf.
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Hierin
wird ein Fall betrachtet, in dem ein anomaler Zustand, wie zum Beispiel
ein Lastkurzschluss, einen Überstromzustand
des Hauptstroms i verursacht. Zu dieser Zeit wird, wenn sich der
Spannungswert (is × RS) scharf erhöht, um nicht niedriger als
ein vorbestimmter Wert zu sein, der durch eine Beziehung des Schwellwerts
des MOSFET 2 und des Widerstandsteilerverhältnisses
des Erfassungswiderstands 3 bestimmt wird, die Spannung
(is × RS2/(RS1 + RS2)), die in dem zweiten Widerstand 32 entwickelt
wird, nicht niedriger als die Schwellwertspannung des MOSFET 7 und
wird der MOSFET 7 eingeschaltet. Zu dieser Zeit wird die
Gatespannung des MOSFET 2 auf die Drain/Sourcespannung
des MOSFET 7 in dem Durchlasszustand (≧ der Schwellwertspannung des
MOSFET 2) geklemmt und wird danach nicht höher als
dieser Wert. Als ein Ergebnis wird die Erregungsfähigkeit
des MOSFET 2 stabilisiert und wird die Geschwindigkeit
eines Verringerns der Gatespannung des IGBT 1 auf einen
konstanten Wert stabilisiert, um die Stoßspannung bei dem Ausschalten
zu unterdrücken.
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Ebenso
kann in dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein p-MOSFET
oder ein Bipolartransistor als ein beispielhafter Aufbau des zweiten Transistors 7 verwendet
werden.
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Weiterhin
kann die Überstrom-Begrenzerschaltung 10,
die in 15 gezeigt ist, in einem Fall angewendet
werden, in dem die Diode 8 vorgesehen ist, wie es in 17 gezeigt
ist.
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Weiterhin
kann die Überstrom-Begrenzerschaltung 10,
die in 15 gezeigt ist, ähnlich den Strukturen
in den 9 und 10, wie es zuvor erläutert worden
ist, integriert werden.
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(Anmerkung)
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Die
Halbleitervorrichtung 100 selbst, die in den ersten bis
dritten bevorzugten Ausführungsbeispielen
beschrieben ist, kann auf dem Siliziumsubstrat integriert werden.
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Während die
Erfindung im Detail gezeigt und beschrieben worden ist, ist die
vorhergehende Beschreibung in allen ihren Aspekten veranschaulichend
und nicht einschränkend.
Es versteht sich deshalb, dass zahlreiche Ausgestaltungen und Änderungen
durchgeführt
werden können,
ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen, wie er in den beiliegenden
Ansprüchen
definiert ist.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Die
Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung kann in einer Wandlervorrichtung, einer Wechselrichtervorrichtung
oder einer Hilfsenergieversorgungsvorrichtung auf zum Beispiel dem
Gebiet von elektrischen Eisenbahnen angewendet werden und kann weiterhin
ebenso an einem aktiven Filter oder einer Wandlervorrichtung oder
einer Wechslerrichtervorrichtung für eine Großserienfertigung auf dem Gebiet
des Stahlwalzens und der Gleichen angewendet werden.