[发明专利]一种功率晶体管、功率晶体管电路以及其操作方法

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及具有集成温度传感器的功率晶体管、功率晶体管电路、用于操作功率晶体管的方法和用于操作功率晶体管电路的方法。

背景技术

诸如MOSFET或IGBT等等之类的晶体管被广泛地用于控制或切换在不同种类的应用中的负载，诸如在变换器（inverter）、电压调节器、电流调节器或用于驱动电负载（诸如灯、阀、电动机等）的驱动电路中。这种晶体管通常是具有在晶体管单元场中布置并且并联电连接的多个同样的晶体管单元的n或p沟道功率晶体管。

在操作期间，通过将控制电压施加到接触端子来使通过晶体管负载路径的电流接通或断开或调整到某一值。负载路径被形成在一方面的源极或发射极电极和另一方面的漏极或集电极电极之间。

根据在其中使用功率晶体管的特定应用，负载路径通常与要被控制的负载或在正和负电力供应电势之间的另一功率晶体管（例如作为桥式配置）串联连接。在这样的布置中，功率晶体管被用作高侧（HS，high-side）晶体管或低侧（LS，low-side）晶体管。在HS晶体管的情况下，其负载路径被电连接在正供应电势和负载或另一功率晶体管之间。因此，在LS晶体管的情况下，其负载路径被电连接在负供应电势和负载或另一功率晶体管之间。

当前可用的功率晶体管可以被操作在高温下，例如在多于150℃下、在多于175℃下、或甚至在多于200℃下。然而，如果功率晶体管的温度超过最大可允许温度，则晶体管可能被损坏或毁坏。因此，为了检测晶体管的温度，许多现代功率晶体管（比如在US 6,876,043 B1中或在US 7,835,129 B2中所描述的那些）具有通过漏极-体-二极管形成的集成温度传感器元件，其中漏极-体-二极管的阴极连接到漏极。在n沟道晶体管的情况下，在HS配置中使用是不成问题的。然而，在LS配置中，如果功率晶体管的负载路径被接通并且电流通过它，则总是存在加热。在该导通状态下，功率晶体管的漏极电势和源极电势之间的差总计仅大约100mV，这不足以合理地评估信号。因此，在这样的配置中，只有功率晶体管被断开（即在其中晶体管冷却的状态下），合理的温度测量结果才是可用的。

因此，存在一种对考虑到即使在其中功率晶体管被接通的状态下检测功率晶体管的温度的解决方案的需要。

发明内容

第一实施例涉及一种功率晶体管，该晶体管具有半导体本体，该半导体本体具有底面并且具有在垂直方向上与该底面远离隔开的顶面。多个晶体管单元被布置在该半导体本体中。此外，在半导体本体中形成第一导电类型的源极区、与该第一导电类型互补的第二导电类型的本体区、第一导电类型的漂移区、漏极区和温度传感器二极管，该温度传感器二极管具有形成在n掺杂的阴极区和p掺杂的阳极区之间的pn结。然后，该功率晶体管具有布置在顶面上的漏极接触端子、布置在底面上的源极接触端子、栅极接触端子和布置在顶面上并且与该漏极接触端子介电绝缘的温度感测接触端子。如果（I）第一导电类型是‘n’并且第二导电类型是‘p’，则阳极区电连接到源极接触端子并且阴极区电连接到温度感测接触端子；或者，否则，如果（II）第一导电类型是‘p’并且第二导电类型是‘n’，则阴极区电连接到源极接触端子，并且阳极区电连接到温度感测接触端子。

该功率晶体管可以是任何种类的功率晶体管，特别地具有电绝缘栅的任何种类的场效应晶体管，比如MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极型晶体管）。进一步要注意的是，就本发明的意义而言，术语“源极”还包括“发射极”，并且术语“漏极”还包括“集电极”。因此，术语“源极接触端子”还包括“发射极接触端子”，并且术语“漏极接触端子”包括“集电极接触端子”。

第二实施例涉及一种用于操作根据第一实施例的这种功率晶体管的方法，在该方法中检测pn结（18）两端与温度有关的电压降。

第三实施例涉及具有根据第一实施例的功率晶体管以及被配置成评估pn结两端与温度有关的电压降的评估单元的功率晶体管电路。该评估单元具有电连接到温度感测接触端子的输入端。