[发明专利]补偿器件,电路,方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1、2和3的前序部分所述的半导体器件，按照载流子补偿原理制成，还涉及一种电路和两种用于制造这种补偿器件的补偿层的方法，以及所述电路的用途。

背景技术

这种补偿器件所依据的原理是，在施加反向电压时，n掺杂区和p掺杂区的自由载流子在漂移区内多少是相互耗尽的，所以能实现补偿。这种补偿器件的优点是，在通路工作时和现有的半导体器件相比可明显减小导通电阻，并且在截止状态下具有良好的截止特性。这种补偿器件的结构和工作原理已经被多次公开，例如描述在美国专利文献US 5,216,275和US5,754,310中，以及描述在WO97/29518，德国专利文献DE4309764C2和DE19840032C1中。所以下面不再详细描述这种补偿器件的结构和工作原理。

补偿器件应用在许多不同的器件种类中，例如MOS晶体管，二极管，闸流晶体管，GTOS，IGBTS等，但是目前大多用于MOS晶体管。所以下面作为一个补偿器件的实例列举一种由场效应控制的MOS晶体管，也简称为MOSFET，但是这并不意味着本发明仅限于这种半导体器件。

目前所能得到的所有具有反向功能的半导体器件，例如MOSFET，其反向特性是一种静态的器件特性。如果要根据使用条件在这种半导体器件中达到很高的反向电压，则会对半导体器件的其他电特性造成影响，例如导通电阻RDSon变差，电流承载性降低。特别是在德国专利文献DE19840032C1中表明了击穿电压和雪崩击穿能量之间的另一个中间途径。

设计半导体器件的反向特性时，要考虑各种边界条件。

在第一种应用中，半导体器件必须能够在大电流和/或电压的开关中重复承受所出现的击穿电压，此时电流很大，但是短时间的能量要小。这种半导体器件可作为功率开关用于大负载的开关，例如开关电源，开关控制器，开关供电装置等等。

在这种开关电路中，根据电路布局和传输器的质量，可实现μH范围内的漏电感(几十个μH)。该漏电感并不能通过电路内典型设置的放电元件，例如缓冲电容而得到缓冲，从而驱使半导体器件进入雪崩击穿。典型的击穿仅持续极短的时间，即刚好等于漏电感存储的能量完全释放的时间。半导体器件必须在这种情况下根据使用条件进行设计，使得它能够吸收漏电感给出的为持续击穿的能量，而其功能不会受到随后出现的同样击穿的影响。

在第二种应用中，半导体器件的截止特性也必须根据非常罕见的工作状态进行设计，在这种状态中对反向电压的要求明显高于第一种应用情况。例如它可以应用在功率半导体器件，作为截止变换器构成的开关电源和功率因数控制器(PFC)中，经电源电压耦合出较高的电压峰值，该峰值不能用一个输入滤波器滤掉。这种电源侧的电压峰值同样会导致功率半导体器件负载回路中电压峰值的明显超高。例如在一台气体放电灯的控制器中，采用通常的半波整流电路或高边带或低边带功率晶体管，在开灯时或重复发出点火脉冲时，产生的电压峰值要高于正常的工作状态。以上所述的这种能量释放在极端情况下可导致半导体器件的热损坏。为了使整个电路的功能在高出寻常的过压状态下得到保证，需要提供一种半导体器件，它能够工作在更高的反向电压状态下。

第二种应用所要求的反向电压明显高于第一种应用中的电压。例如一种半导体器件的设计反向电压为600V，它在第一种应用中具有击穿电压为300至400V范围内的反向电压。已有的半导体器件考虑到其反向特性必须根据第二种应用进行结构设计。其缺点是导通电阻RDSon明显提高，使半导体器件的性能价格比大大下降。

如果半导体器件仅用于第一种应用，即用于明显降低的反向电压，虽然可以显著降低导通电阻RDSon，但是该半导体器件以及整个开关电路，在相当于第二种应用的电压击穿情况中将会受到无法修复的损坏，甚至被破坏。

所以存在的要求是提供一种半导体器件，其反向特性按照第一种应用设计，但是在出现第二种应用中的电压击穿情况时也能保持其功能。

具有这种功能的半导体器件迄今为止并没有公开。

发明内容

本发明的任务是，提供一种具有上述功能的半导体器件。

以上任务的解决方案体现在权利要求1、2和3的特征部分所述的补偿器件中。其中所述类型的半导体器件是按照载流子补偿原理制成的，其构成方式是，其击穿电压在恒定的温度下作为时间的函数增高。

相应的构成是：