[发明专利]具有减小振荡的功率开关模块及其制造方法

说明书

技术领域

本文所描述的实施例涉及减小振荡的功率开关模块，并且涉及用于制造功率开关模块的方法。

背景技术

续流二极管用于保护功率半导体器件不受在功率半导体器件开关电感负载时产生的电压尖峰的影响。当通过关断活动器件而使电感负载与电源突然断开时，存储在电感负载中的磁能由于电流的突然改变而感生高电压。续流二极管提供导电路径以承载由电感负载所驱动的电流，这减轻了电流改变并且防止由于感应而产生的电压峰值在功率半导体器件处出现。

通常，pn二极管用作续流二极管。从减小开关损耗的观点来看，因为肖特基二极管由于与pn二极管相比明显更小的存储电荷量而允许较快的开关，所以肖特基二极管提供了对pn二极管的替代。

然而，肖特基二极管在例如用作IGBT的续流二极管时的快速开关在开关期间产生强烈振荡。振荡导致了不期望的电子噪声。为了减小这样的振荡，可以减小IGBT开关的开关速度，即速率di/dt。然而，这增加了IGBT内的开关损耗。

鉴于上述，存在改进的需要。

发明内容

根据实施例，一种功率开关模块包括设计用于额定电流的三端子功率半导体器件以及续流单元。续流单元包括集成在具有第一带隙的第一半导体材料中的pn二极管、以及集成在具有比第一带隙大的第二带隙的第二半导体材料中的肖特基二极管。肖特基二极管并联地电连接到pn二极管。pn二极管能够操作为在功率半导体器件的额定电流时具有反向峰值电流，该反向峰值电流是肖特基二极管的电容电流峰值的约0.5到约1.8倍。

根据实施例，一种功率开关模块包括三端子功率半导体器件以及续流单元。续流单元包括集成在具有第一带隙的第一半导体材料中的pn二极管、以及集成在具有比第一带隙大的第二带隙的第二半导体材料中的肖特基二极管。肖特基二极管并联地电连接到pn二极管。pn二极管具有总pn结面积，并且肖特基二极管具有总肖特基结面积，并且总pn结面积与总肖特基结面积之间的比率是从约0.08和0.3。对于通过pn二极管和肖特基二极管的给定的总电流，通过pn二极管的电流与通过肖特基二极管的电流之间的比率是从约0.05和0.25。

根据实施例，一种功率开关模块包括三端子功率半导体器件以及续流单元。续流单元包括集成在具有第一带隙的第一半导体材料中的pn二极管、与pn二极管串联地电连接的电感器、以及集成在具有比第一带隙大的第二带隙的第二半导体材料中的肖特基二极管。肖特基二极管并联地电连接到pn二极管和电感器。

根据实施例，一种用于制造功率开关模块的方法包括：提供具有额定电流的三端子功率半导体器件；提供集成在具有第二带隙的第二半导体材料中的肖特基二极管；提供集成在具有比第二带隙小的第一带隙的第一半导体材料中的pn二极管，其中pn二极管在功率半导体器件的额定电流时具有反向峰值电流，该反向峰值电流是肖特基二极管的电容电流峰值的约0.5到约1.8倍；将肖特基二极管并联地电连接到pn二极管以形成续流单元；以及将续流单元电连接到三端子功率半导体器件以形成功率开关模块。

本领域技术人员在阅读以下具体实施方式时并且在查看附图时将认识到附加特征和优点。

附图说明

附图中的组件不一定是按照比例的，而是强调图示本发明的原理。此外，在附图中，相似的附图标记指示相应的部分。在附图中：

图1图示了根据实施例的功率开关模块；

图2图示了根据实施例的用作三端子功率半导体器件的IGBT；

图3图示了根据实施例的续流单元；

图4图示了根据实施例的续流单元；

图5图示了根据实施例的续流单元；

图6图示了根据实施例的在续流单元中使用的pn二极管；

图7A图示了图7B中所示的模块的电气符号，图7B图示了根据实施例的集成功率开关模块，其中pn二极管被集成在三端子器件中；

图8A图示了根据实施例的pn二极管和肖特基二极管的正向特性，并且图8B图示了图8A的一部分的放大视图；以及

图9图示了在具有肖特基二极管的IGBT的开关期间的振荡行为。

具体实施方式