專利名稱：具有可控反向二極管的功率晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方式涉及ー種功率晶體管，具體涉及ー種功率M0SFET。
背景技術(shù)：
功率MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)包括源區(qū)、本體區(qū)、漂移區(qū)以及漏區(qū)。本體區(qū)設(shè)置在源區(qū)和漂移區(qū)之間。漂移區(qū)設(shè)置在本體區(qū)和漏區(qū)之間并鄰接本體區(qū)，pn結(jié)形成在本體區(qū)和漂移區(qū)之間。功率MOSFET還包括柵電極，該柵電極與晶體管的半導(dǎo)體區(qū)介電絕緣并被配置為控制位于源區(qū)和漂移區(qū)之間的本體區(qū)中的導(dǎo)電溝道。源區(qū)、本體區(qū)和漂移區(qū)的摻雜型使得這些半導(dǎo)體區(qū)形成寄生雙極晶體管，該寄生雙極晶體管是n型MOSFET中的npn晶體管以及p型MOSFET中的pnp晶體管。為了防止寄生晶體管對(duì)MOSFET的功能產(chǎn)生負(fù)面影響，眾所周知的是要使源區(qū)和本體區(qū)短路。然而，通過(guò)這種方法，MOSFET只包括一個(gè)可以被反向偏壓的pn結(jié)(S卩，本體區(qū)和漂移區(qū)之間的pn結(jié))。因此，傳統(tǒng)的MOSFET只有當(dāng)在反向偏壓pn結(jié)的源區(qū)和漏區(qū)之間施加電壓時(shí)才能阻斷，同時(shí)MOSFET當(dāng)在正向偏壓pn結(jié)的源區(qū)和漏區(qū)之間施加電壓時(shí)不受柵電極的控制而導(dǎo)通。Pn結(jié)也被稱為體ニ極管。當(dāng)體ニ極管被正向偏壓時(shí)，載流子等離子體主要積累在漂移區(qū)。當(dāng)體ニ極管隨后被反向偏壓時(shí)，MOSFET仍然導(dǎo)通，直至除去載流子等離子體。因此，體ニ極管可能會(huì)増加MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗并降低開(kāi)關(guān)速度。此外，存在諸如矩陣變換器的ー些應(yīng)用，其中MOSFET反向?qū)ㄊ菢O其不希望的。因此，需要避免前面所提到的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
第一實(shí)施方式涉及ー種電子電路，其包括晶體管器件以及控制電路。晶體管器件可以在反向操作模式下操作并包括源區(qū)、漏區(qū)、本體區(qū)和漂移區(qū)、電連接至源區(qū)和本體區(qū)的源電極、在本體區(qū)和漂移區(qū)之間形成的pn結(jié)、鄰近本體區(qū)配置并與本體區(qū)介電絕緣的柵電扱、以及鄰近漂移區(qū)配置的耗盡控制結(jié)構(gòu)。耗盡控制結(jié)構(gòu)具有控制端子并被配置為根據(jù)控制端子接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在漂移區(qū)中生成耗盡區(qū)?？刂齐娐否罱又梁谋M控制結(jié)構(gòu)的控制端子，并被配置為當(dāng)晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)驅(qū)動(dòng)耗盡控制結(jié)構(gòu)以生成耗盡區(qū)。第二實(shí)施方式涉及ー種操作晶體管器件的方法。晶體管器件可以在反向操作模式下操作并包括源區(qū)、漏區(qū)、本體區(qū)以及漂移區(qū)、電連接至源區(qū)和本體區(qū)的源電極、在本體區(qū)和漂移區(qū)之間形成的pn結(jié)、鄰近本體區(qū)配置并與本體區(qū)介電絕緣的柵電極、以及鄰近漂移區(qū)配置的耗盡控制結(jié)構(gòu)，該耗盡控制結(jié)構(gòu)具有控制端子并被配置為根據(jù)控制端子接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在漂移區(qū)中生成耗盡區(qū)。該方法包括當(dāng)晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)，驅(qū)動(dòng)耗盡控制結(jié)構(gòu)以生成耗盡區(qū)。在閱讀以下詳細(xì)描述并查看附圖之后，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解到另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。


現(xiàn)在將參照附圖對(duì)實(shí)例進(jìn)行說(shuō)明。附圖用于說(shuō)明基本原理，以只對(duì)理解基本原理所需的方面進(jìn)行說(shuō)明。附圖不是按比例繪制的。在附圖中，相同的參考標(biāo)號(hào)表示類似的特征。圖1示出了包括具有溝槽柵電極和耗盡控制結(jié)構(gòu)的縱向晶體管器件，以及包括與耗盡控制結(jié)構(gòu)耦接的控制電路的電子電路的第一實(shí)施方式。圖2示出了包括MOS柵控ニ極管作為箝位元件的晶體管器件的垂直截面圖。圖3示出了包括肖特基ニ極管作為箝位元件的晶體管器件的垂直截面圖。圖4示出了晶體管器件的水平截面圖。圖5示出了具有平面柵電極和耗盡控制結(jié)構(gòu)的晶體管器件的垂直截面圖。圖6示出了具有耗盡控制結(jié)構(gòu)的橫向晶體管器件的垂直截面圖。圖7示出了包括具有場(chǎng)電極和場(chǎng)電極電介質(zhì)的耗盡控制結(jié)構(gòu)的晶體管器件的垂直截面圖。圖8示出了控制電路的ー個(gè)實(shí)施方式的框圖。圖9示出了包括具有漂移控制區(qū)和漂移控制區(qū)電介質(zhì)的耗盡控制結(jié)構(gòu)的晶體管器件的垂直截面圖。圖10示出了包括具有摻雜型與漂移區(qū)互補(bǔ)的區(qū)域的耗盡控制結(jié)構(gòu)的晶體管器件的垂直截面圖。圖11示出了圖1、圖2至圖1的電子電路的等效電路圖。圖12示出了根據(jù)另ー實(shí)施方式的電子電路的等效電路圖。
具體實(shí)施例方式在以下具體描述中，參照了附圖，附圖形成本說(shuō)明書的一部分，并且其中通過(guò)舉例的方式示出了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。在這點(diǎn)上，參照所描述的圖的方向使用方向術(shù)語(yǔ)，比如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前端”、“后端”等。因?yàn)閷?shí)施方式的部件可以定位在多個(gè)不同的方向上，所以方向術(shù)語(yǔ)僅用于說(shuō)明目的，并非是限制。應(yīng)該理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可以使用其他實(shí)施方式或可以進(jìn)行邏輯改變。因此，以下詳細(xì)描述并不是以限制意義進(jìn)行理解的，并且本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求限定。應(yīng)該理解，本文所描述的各個(gè)示例性實(shí)施方式的特征可以彼此結(jié)合在一起，除非特別注明。圖1示出了包括晶體管器件10和控制電路50的電子電路的第一實(shí)施方式。在圖1中，示出了晶體管器件10的一部分的垂直截面圖。耦接至晶體管器件10的控制端子C的控制電路50作為功能塊示出。下面將對(duì)控制電路50的操作原理進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。晶體管器件10包括半導(dǎo)體本體100。半導(dǎo)體本體100可以包括傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料，如硅(Si)、碳化硅(SiC)、神化鎵(GaAs)等。半導(dǎo)體本體100具有第一表面101以及與第一表面101相対的第二表面102。圖1示出了半導(dǎo)體本體100的垂直截面圖，該圖是在垂直于第一和第二表面101、102延伸的垂直截面上的截面圖。在半導(dǎo)體本體100中，集成了晶體管器件10的有源區(qū)，該晶體管器件在根據(jù)圖1的實(shí)施方式中被實(shí)現(xiàn)為MOS晶體管，如MOSFET或絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。這些有源晶體管區(qū)包括漂移區(qū)11、本體區(qū)12、源區(qū)13以及漏區(qū)14。本體區(qū)12設(shè)置在源區(qū)13和漂移區(qū)11之間，漂移區(qū)11設(shè)置在本體區(qū)12和漏區(qū)14之間。本體區(qū)12的摻雜型與源區(qū)13和漂移區(qū)11互補(bǔ)，使得Pn結(jié)15形成在本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間。在被實(shí)現(xiàn)為MOSFET的晶體管器件中，漏區(qū)14的摻雜型與漂移區(qū)11相同，而在被實(shí)現(xiàn)為IGBT的晶體管器件中，漏區(qū)14與漂移區(qū)11互補(bǔ)摻雜。漏區(qū)14可以與漂移區(qū)11鄰接。根據(jù)另ー實(shí)施方式，摻雜型與漂移區(qū)11相同、但比漂移區(qū)11更高摻雜的場(chǎng)截止區(qū)(未示出)設(shè)置在漂移區(qū)11和漏區(qū)14之間。另ー個(gè)pn結(jié)形成在源區(qū)13和本體區(qū)12之間。然而，在本體區(qū)12和源區(qū)13與源電極21電連接的情況下，該pn結(jié)可能不是電活性的，該源電極形成晶體管器件10的源端S或與其連接。在圖1中所示的實(shí)施方式中，源電極21設(shè)置在第一表面101上。參照?qǐng)D1的右半部分所示，本體區(qū)12的部分可以延伸至這些部分電連接至源電極21的第一表面101。根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施方式，如圖1的左半部分所示，源電極21可以包括延伸通過(guò)源區(qū)13并進(jìn)入本體區(qū)12以與源區(qū)13和本體區(qū)12都電接觸的電極部21’。然而，這些只是使源區(qū)和本體區(qū)13、12與源電極21電連接的幾種不同可能中的兩種。晶體管器件10的漏端D可以由電連接至漏電極14的漏電極22形成。晶體管器件10還包括柵電極31，該柵電極鄰近本體區(qū)12設(shè)置并通過(guò)柵電介質(zhì)32與半導(dǎo)體本體100介電絕緣。柵電極31電連接至、或形成晶體管器件10的柵端G。根據(jù)圖1的柵電極31被實(shí)現(xiàn)為溝槽柵電極，這就意味著柵電極31設(shè)置在從第一表面101延伸至半導(dǎo)體本體100的溝槽中。具有柵電極31的溝槽延伸通過(guò)本體區(qū)12或進(jìn)入漂移區(qū)11。以眾所周知的方式，柵電極31用于沿著柵電介質(zhì)32控制位于源區(qū)13和漂移區(qū)11之間的本體區(qū)12中的導(dǎo)電溝道。圖1的晶體管器件10被實(shí)現(xiàn)為縱向晶體管，這意味著源區(qū)13和漏區(qū)14沿半導(dǎo)體本體100的垂直方向彼此遠(yuǎn)離地設(shè)置，且當(dāng)晶體管器件處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，流過(guò)漂移區(qū)11的負(fù)載電流的電流流動(dòng)方向是半導(dǎo)體本體100的垂直方向。晶體管器件10可以被實(shí)現(xiàn)為n型MOSFET或p型MOSFET且可以被實(shí)現(xiàn)為增強(qiáng)MOSFET或耗盡MOSFET。在n型MOSFET中，源區(qū)13、漂移區(qū)11以及漏區(qū)14是n摻雜的，而本體區(qū)12是p摻雜的。在p型MOSFET中，源區(qū)13、漂移區(qū)11以及漏區(qū)14是p摻雜的，而本體區(qū)12是n摻雜的。在增強(qiáng)MOSFET中，本體區(qū)12與柵電介質(zhì)32鄰接。在這種類型的MOSFET中，柵電極31用于控制位于源區(qū)13和漂移區(qū)11之間的本體區(qū)12中的反型溝道。在耗盡MOSFET中，摻雜型與源區(qū)13和漂移區(qū)11相同的溝道區(qū)16 (在圖1中用虛線表示)沿柵電介質(zhì)32在源區(qū)13和漂移區(qū)11之間延伸。在這種類型的MOSFET中，柵電極31用于通過(guò)控制溝道區(qū)16中的耗盡區(qū)來(lái)中斷溝道區(qū)16。晶體管器件10還可以被實(shí)現(xiàn)為IGBT，其中IGBT與MOSFET的不同之處在于漏區(qū)14 (在IGBT中也被稱為集電區(qū))與漂移區(qū)11和源區(qū)13 (在IGBT中也被稱為發(fā)射區(qū))摻雜互補(bǔ)并具有如同本體區(qū)12的摻雜型。通常，源區(qū)13和漂移區(qū)11在IGBT中是n摻雜的，而本體區(qū)12和漏區(qū)14是p摻雜的。根據(jù)圖1的晶體管器件10的基本操作原理是傳統(tǒng)MOSFET或IGBT的基本操作原理。為了使晶體管器件10導(dǎo)通或截止而施加給柵端G的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電位取決于特定類型的晶體管器件10。僅出于說(shuō)明目的，對(duì)n型增強(qiáng)MOSFET或IGBT的操作原理進(jìn)行說(shuō)明。P型增強(qiáng)MOSFET的操作原理等同于n型MOSFET的操作原理，其中必須使如下所述的電壓的極性反轉(zhuǎn)。
施加給柵電極31的驅(qū)動(dòng)電位可以通過(guò)與柵端G耦接的柵極驅(qū)動(dòng)電路60提供。柵極驅(qū)動(dòng)電路60被配置為沿柵電介質(zhì)32根據(jù)控制信號(hào)Sin通過(guò)適當(dāng)提供驅(qū)動(dòng)電位來(lái)控制本體區(qū)12中的導(dǎo)電溝道。例如，在n型增強(qiáng)MOSFET中，柵極驅(qū)動(dòng)電路60使柵電極31偏壓至相對(duì)于源電位的正電位以在本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道，以使MOSFET導(dǎo)通。為了使MOSFET截止，生成柵電位使得其對(duì)于生成導(dǎo)電溝道來(lái)說(shuō)不夠高。n型MOSFET或IGBT能夠阻斷施加在漏端D和源端S之間的正電壓。正電壓是在漏端D具有正電位，在源端S具有負(fù)電位或參考電位的電壓。在驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31時(shí)MOSFET阻斷(處于截止?fàn)顟B(tài))，使得源區(qū)13和漂移區(qū)11之間的本體區(qū)12中沒(méi)有導(dǎo)電溝道。這可以通過(guò)在柵端G和源端S之間施加?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)獲得，該柵極驅(qū)動(dòng)電壓低于MOSFET的閾值電壓(VTH)。在漏端D和源端S之間施加正電壓且MOSFET阻斷吋，耗盡層在漂移區(qū)11中始于漂移區(qū)11和本體區(qū)12之間的pn結(jié)15而擴(kuò)張。漂移區(qū)11的摻雜濃度和長(zhǎng)度主要限定了 MOSFET的電壓阻斷能力。漂移區(qū)11的長(zhǎng)度是漂移區(qū)11在電流流動(dòng)方向上的尺寸。漂移區(qū)11的摻雜濃度例如在IO12CnT3與IO18CnT3之間，本體區(qū)12的摻雜濃度例如在1015cm_3與IO19CnT3之間，并且源區(qū)13和漏區(qū)14的摻雜濃度例如在IO19CnT3與IO23CnT3之間。pn結(jié)15被反向偏壓的操作狀態(tài)在以下被稱為MOSFET的正向操作。在漏端D和源端S之間施加正電壓時(shí)，n型MOSFET或IGBT處于正向操作狀態(tài)，而在漏端D和源端S之間施加負(fù)電壓吋，p型MOSFET處于正向操作狀態(tài)。在漏端D和源端S之間施加使本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)15正向偏壓的電壓時(shí)，被實(shí)現(xiàn)為MOSFET的晶體管器件10可以導(dǎo)通電流，而與施加給柵電極G的柵極驅(qū)動(dòng)電壓無(wú)關(guān)。在n型MOSFET中，在漏端D和源端S之間施加以使pn結(jié)15正向偏壓的電壓是漏極D和源極S之間的負(fù)電壓(源極S和漏極D之間的正電壓)，而在p型晶體管中，使pn結(jié)15正向偏壓的電壓是漏極D和源極S之間的正電壓(源極S和漏極D之間的負(fù)電壓)。本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)15形成通常被稱為體ニ極管的ニ極管。圖1中示意性地為n型晶體管示出了ニ極管的電符號(hào)。諸如圖1中所示的功率MOSFET的M0SFET，在多種不同應(yīng)用中被廣泛用作電子開(kāi)關(guān)。盡管存在體ニ極管的存在是有幫助的且體ニ極管用作空轉(zhuǎn)元件的應(yīng)用，但還有不需要體ニ極管的應(yīng)用，這意味著在漏端D和源端S之間施加使體ニ極管正向偏壓的電壓吋，不期望MOSFET導(dǎo)電。在漏端D和源端S之間施加其極性與正向操作模式下的漏源電壓的極性不同的漏源電壓的晶體管器件10的操作狀態(tài)在以下被稱為MOSFET的反向操作。當(dāng)在漏端D和源端S之間施加的漏源電壓是負(fù)電壓吋，n型MOSFET或IGBT處于反向操作模式下，而當(dāng)在漏端D和源端S之間施加的漏源電壓是正電壓吋，p型MOSFET處于反向操作模式下。反向操作模式下的漏源電壓具有使本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)(體ニ極管)正向偏壓的極性。反向操作模式下的電壓在以下被稱為反向電壓。然而，參照下面提供的解釋，可以采取措施來(lái)防止反向操作模式下的漏源電壓達(dá)到使pn結(jié)導(dǎo)通電流的大小。MOSFET在反向模式下操作時(shí)的電流導(dǎo)通以下被稱為反向?qū)?。傳統(tǒng)MOSFET的反向?qū)ㄊ怯墒乖磪^(qū)(諸如圖1的源區(qū)13)以及本體區(qū)(諸如圖1的本體區(qū)12)與源電極(諸如圖1的源電極21)電連接引起的。以此使本體區(qū)12和源區(qū)13短路，使得由漂移區(qū)11、本體區(qū)12和源區(qū)13形成的寄生雙極晶體管降級(jí)為只有當(dāng)MOSFET處于正向操作模式時(shí)才阻斷的體ニ極管，該寄生雙極晶體管當(dāng)MOSFET截止時(shí)基本上允許阻斷在漏端D和源端S之間施加的正、負(fù)電壓。MOSFET也可以被實(shí)現(xiàn)為反向阻斷(RB)M0SFET,其中源區(qū)13和本體區(qū)12之間不短路，使得源區(qū)13和本體區(qū)12之間存在有效pn結(jié)。然而，由于源區(qū)13和本體區(qū)12具有相對(duì)較高的摻雜濃度，pn結(jié)的阻斷能力對(duì)許多應(yīng)用來(lái)說(shuō)相對(duì)較低，或過(guò)低。因此，需要使體ニ極管失效以獲得反向阻斷能力或以提高反向方向上的電壓阻斷能力。參照?qǐng)D1，晶體管器件10包括鄰近漂移區(qū)11設(shè)置的耗盡控制結(jié)構(gòu)40。耗盡控制結(jié)構(gòu)40僅在圖1中被示意性地示出，包括控制端子C并被配置為根據(jù)施加給控制端子C的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。耗盡區(qū)夾斷了位于漏區(qū)14和本體區(qū)12之間的漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道，使得耗盡控制結(jié)構(gòu)40能夠使體ニ極管“失效”。當(dāng)夾斷漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道吋，電流不會(huì)通過(guò)體ニ極管流動(dòng)，與在漏端D和源端S之間施加的電壓的極性無(wú)關(guān)，使得即便晶體管器件10在反向操作模式下操作也能阻斷，在反向操作模式下操作的時(shí)間是在漏端D和源端S之間施加反向電壓的時(shí)間。與耗盡控制結(jié)構(gòu)40的控制端子C耦接的控制電路50被配置為驅(qū)動(dòng)耗盡控制結(jié)構(gòu)40，使得每當(dāng)在漏端D和源端S之間施加使pn結(jié)15正向偏壓的電壓(漏源電壓)吋，都在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式(用虛線表示)，控制電路50接收電壓信號(hào)SVDS，該電壓信號(hào)表示在漏端D和源端S之間施加的電壓，或至少表示漏端D和源端S之間的電壓的極性?？刂齐娐?0被配置為確定漏源電壓的極性并當(dāng)漏源電壓的極性使得pn結(jié)15正向偏壓時(shí)在漂移區(qū)11生成耗盡區(qū)。在漂移區(qū)11生成耗盡區(qū)還需要當(dāng)該器件在反向方向上操作時(shí)防止本體區(qū)12的載流子注入漂移區(qū)11。當(dāng)本體區(qū)12為p摻雜時(shí)，這些載流子是p型載流子(空穴)，當(dāng)本體區(qū)12為n摻雜吋，是n型載流子。當(dāng)使本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的pn結(jié)正向偏壓的電壓分別達(dá)到體ニ極管的pn結(jié)的正向電壓時(shí)，本體區(qū)12將載流子注入漂移區(qū)11。在硅器件中，該正向電壓大約為0.6V。當(dāng)晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)，為了防止本體區(qū)12注入載流子，將采取措施來(lái)將本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的電壓箝位在低于正向電壓的電壓。這些措施可以包括使箝位元件7連接在本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，該箝位元件7是正向電壓低于體ニ極管的正向電壓的單極箝位ニ極管。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，該ニ極管是肖特基ニ極管或MOS柵控ニ極管(MGD)。圖2示出了實(shí)現(xiàn)作為箝位元件7的MGD的縱向晶體管的垂直截面圖。應(yīng)該注意，在圖2中，只示出了半導(dǎo)體本體100的實(shí)現(xiàn)MGD的那些部分。MGD包括另ー個(gè)柵電極71，其設(shè)置在延伸通過(guò)源區(qū)13和本體區(qū)12并進(jìn)入漂移區(qū)11的溝槽中。另ー個(gè)柵電極71通過(guò)另ー個(gè)柵電介質(zhì)71與這些器件區(qū)介電絕緣。另ー個(gè)柵電介質(zhì)72可以比縱向晶體管的柵電介質(zhì)更薄，使得MGD的閾值電壓低于縱向晶體管的閾值電壓。另ー個(gè)柵電極71分別與源區(qū)13或源端S電連接。每當(dāng)漂移區(qū)11的電位大于MGD的閾值電壓時(shí)，另ー個(gè)柵電極71在漂移區(qū)11和源區(qū)13之間的本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道，該閾值電壓大于源區(qū)13和本體區(qū)12的電位。MGD的閾值電壓低于體ニ極管的正向電壓，使得在體ニ極管被正向偏壓之前，MGD旁路體ニ極管。圖3示出了實(shí)現(xiàn)作為箝位元件7的肖特基ニ極管的縱向晶體管的垂直截面圖。應(yīng)該注意，在圖3中，只示出了半導(dǎo)體本體100的實(shí)現(xiàn)肖特基ニ極管的那些部分。在圖3所示的實(shí)施方式中，肖特基ニ極管連接在源端S和漂移區(qū)11之間。肖特基ニ極管包括源電極21或延伸通過(guò)源區(qū)13和本體區(qū)12直至或進(jìn)入漂移區(qū)11的源電極21’。源電極21’包括至少位于其與漂移區(qū)11接觸的那些區(qū)域中的肖特基金屬。可選地，漂移區(qū)11包括摻雜型與位于源電極21’與漂移區(qū)11接觸的那些區(qū)域中的漂移區(qū)11相同的高摻雜區(qū)73。僅出于說(shuō)明目的，圖1中示出了連接在本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的肖特基ニ極管7。當(dāng)源區(qū)13和本體區(qū)12之間短路時(shí)，箝位ニ極管7可以連接在源區(qū)13或源電極21與漂移區(qū)11之間。箝位ニ極管7可以集成在同一半導(dǎo)體本體100中作為晶體管器件10?？蛇x地，或除設(shè)置箝位ニ極管7之外，當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式時(shí)，可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31以在源區(qū)13和漂移區(qū)11之間的本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道來(lái)對(duì)本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的電壓進(jìn)行箝位。在該導(dǎo)電溝道中下降的電壓低于體ニ極管的正向電壓。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)控制電路驅(qū)動(dòng)器50驅(qū)動(dòng)耗盡控制結(jié)構(gòu)40以在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)時(shí)，控制電路50還與柵端G耦接并被配置為驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31以在本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道。晶體管器件10在反向操作模式下可以在兩個(gè)不同的子模式中操作，其中漏端D和源端S之間的電壓僅通過(guò)適當(dāng)驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31來(lái)進(jìn)行箝位，使得不存在額外的箝位元件:在第一子模式下，驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31以在本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道以便將漏源電壓箝位在低于體ニ極管的正向電壓的值；在第二子模式下，晶體管器件10像傳統(tǒng)晶體管器件一祥在反向操作模式下操作，這意味著不對(duì)漏源電壓進(jìn)行箝位，以使得體ニ極管導(dǎo)電。在第一子模式下，晶體管器件10像單極ニ極管那樣工作，而在第二子模式下，晶體管器件10像雙極晶體管那樣工作。IGBT至少具有兩個(gè)電活性pn結(jié)，即本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的第一 pn結(jié)，形成體ニ極管，以及漂移區(qū)11和漏區(qū)14之間的第二 pn結(jié)。由于這些第一和第二 pn結(jié)形成了 pnp或npn結(jié)構(gòu)，所以在反向模式下操作時(shí)IGBT不導(dǎo)電，使得最初，使IGBT中的體ニ極管失效不會(huì)產(chǎn)生影響。然而，通過(guò)使IGBT中的體ニ極管失效，可以提高IGBT的反向電壓阻斷能力，使得上述結(jié)合MOSFET提供的說(shuō)明相應(yīng)適用于IGBT。參照?qǐng)D1，晶體管器件10可以包括并聯(lián)連接的多個(gè)晶體管単元。在圖1中，ー個(gè)額外的晶體管単元用點(diǎn)線示出。每個(gè)晶體管単元包括源區(qū)13、本體區(qū)12以及柵電極31的一部分。漂移區(qū)11和漏區(qū)14可以為各個(gè)晶體管単元所共有。每個(gè)晶體管単元的源區(qū)13與源端相連，每個(gè)晶體管的柵電極部分31與柵端G電連接。在圖1中，示出了四個(gè)晶體管單元，其中兩個(gè)相鄰的晶體管単元共用ー個(gè)柵電極部分31。參照?qǐng)D1，每個(gè)晶體管単元可以包括ー個(gè)耗盡控制結(jié)構(gòu)40，其中ー個(gè)耗盡控制結(jié)構(gòu)40可以為兩個(gè)相鄰的晶體管単元所共有。各個(gè)晶體管単元可以具有傳統(tǒng)的晶體管単元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。僅出于說(shuō)明目的，圖4中示出了晶體管単元的ー個(gè)可能的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即條狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。圖4示出了穿過(guò)兩個(gè)単元的本體區(qū)12、源區(qū)13以及柵電極31的在圖1中表示的水平截面1-1中的半導(dǎo)體本體100的水平截面圖。根據(jù)圖4可知，本體區(qū)12、源區(qū)13以及柵電極部分31具有縱長(zhǎng)或條紋狀的幾何形狀。應(yīng)該注意的是，圖4僅示出了半導(dǎo)體本體100的一部分。半導(dǎo)體本體100還可包括具有垂直于圖1中的柵電極部分31延伸的柵極連接電極的連接溝道。該柵極連接電極與各個(gè)溝槽中的柵電極部分31電連接并例如與柵端G電連接。此外，半導(dǎo)體本體100可以包括柵控結(jié)構(gòu)40或柵控結(jié)構(gòu)40的接觸電極延伸至第一表面101以使柵控結(jié)構(gòu)40與控制電路50電連接的部分。該電連接只在圖1中示意性地示出。此外，単元結(jié)構(gòu)和耗盡控制結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以不同，例如，第一個(gè)可以呈現(xiàn)出條狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，第二個(gè)呈現(xiàn)出圓柱形、矩形或六邊形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如果兩個(gè)都呈現(xiàn)出條狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，那么該方向可以通過(guò)任意角度進(jìn)行改變。實(shí)現(xiàn)具有能夠使MOSFET的集成體ニ極管失效的耗盡控制結(jié)構(gòu)的MOSFET —般說(shuō)來(lái)不限于具有溝槽柵電極的縱向MOSFET且不限于縱向M0SFET。圖5示意性地示出了具有平面柵電極31的縱向晶體管器件的垂直截面圖。圖5的器件基于圖1的器件且與圖1的器件的不同之處在于柵電極31設(shè)置在半導(dǎo)體本體100的第一表面101上。在該晶體管中，漂移區(qū)11具有延伸至第一表面101的部分。在圖1的晶體管器件中，沿著柵電介質(zhì)32的導(dǎo)電溝道在半導(dǎo)體本體100的垂直方向上延伸，而在圖5的器件中，沿著柵電介質(zhì)32的導(dǎo)電溝道在半導(dǎo)體本體100的水平方向上延伸。然而，漂移區(qū)11中的電流流動(dòng)方向在兩個(gè)器件中都是半導(dǎo)體本體100的垂直方向。圖6示出了橫向晶體管器件10的垂直截面圖。在該器件中，源區(qū)13和漏區(qū)14在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上分開(kāi)設(shè)置，源電極21和漏電極22設(shè)置在半導(dǎo)體本體100的第一表面101上。在圖6中所不的實(shí)施方式中，柵電極31是設(shè)置在第一表面101上方的平面柵電扱。然而，該柵電極也可以被實(shí)現(xiàn)為溝槽電扱。耗盡控制結(jié)構(gòu)40設(shè)置在本體區(qū)12和漏區(qū)14之間的漂移區(qū)11中。圖6僅示出了靠近第一表面101的區(qū)域中的半導(dǎo)體本體100的一部分。圖6中未示出載體或基板?？梢允褂萌魏蝹鹘y(tǒng)的基板，諸如與漂移區(qū)11互補(bǔ)摻雜的SOI基板或半導(dǎo)體基板。在另ー個(gè)實(shí)施方式(未示出)中，耗盡控制結(jié)構(gòu)40設(shè)置在鄰近漂移區(qū)11的第一表面101上。下面將參照?qǐng)D5至圖8對(duì)耗盡控制結(jié)構(gòu)的不同的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。圖5至圖7的晶體管器件10是具有溝槽柵電極的縱向M0SFET。然而，將晶體管器件實(shí)現(xiàn)為具有溝槽柵電極的縱向MOSFET僅僅是ー個(gè)實(shí)例。可以容易地對(duì)圖5至圖8的晶體管器件進(jìn)行修改以獲得如參照?qǐng)D3所說(shuō)明的具有平面柵電極的縱向晶體管器件，或以獲得如參照?qǐng)D6說(shuō)明的橫向晶體管器件。已經(jīng)進(jìn)行說(shuō)明的有關(guān)晶體管器件的類型(M0SFET或IGBT，增強(qiáng)或耗盡)以及有關(guān)導(dǎo)電型U型或P型)的一切都適用于以下所說(shuō)明的晶體管。在圖3至圖5中，未示出將本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的電壓箝位在低于體ニ極管的正向電壓的電壓的措施。然而，可以采取參照?qǐng)D1說(shuō)明的每ー種措施，如設(shè)置箝位元件7和/或驅(qū)動(dòng)?xùn)烹姌O31以在本體區(qū)12中生成導(dǎo)電溝道。在下文中，總是以合適的方式支持在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)，這些方式將本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的電壓箝位在低于體ニ極管的正向區(qū)域的電壓。在圖7所示的實(shí)施方式中，耗盡控制結(jié)構(gòu)40包括場(chǎng)電極41以及使場(chǎng)電極41與漂移區(qū)11介電絕緣的場(chǎng)電極電介質(zhì)42。場(chǎng)電極41與連接至控制電路50的控制端子C電連接。例如，場(chǎng)電極41包括導(dǎo)電材料，如金屬或高摻雜多晶半導(dǎo)體材料。例如，場(chǎng)電極電介質(zhì)42包括氧化物和氮化物中的至少ー種。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，場(chǎng)電極電介質(zhì)42比柵電介質(zhì)32厚。在圖7所示的實(shí)施方式中，場(chǎng)電極41和場(chǎng)電極電介質(zhì)42設(shè)置在與柵電極31和柵電介質(zhì)32相同溝槽中的柵電極32和柵電介質(zhì)32以下。然而，這僅僅是ー個(gè)實(shí)例。場(chǎng)電極41和場(chǎng)電極電介質(zhì)42也可設(shè)置在獨(dú)立的溝槽中。場(chǎng)電極41在半導(dǎo)體本體100水平面上的幾何形狀可以基本上對(duì)應(yīng)于柵電極31的幾何形狀。因此，例如，當(dāng)柵電極31具有條狀形狀或網(wǎng)格形狀吋，場(chǎng)電極41分別具有條狀形狀或網(wǎng)格形狀?，F(xiàn)在將對(duì)圖7的具有晶體管器件10和控制電路50的電子電路的操作原理進(jìn)行說(shuō)明。出于說(shuō)明目的，假設(shè)晶體管器件是n型M0SFET。所說(shuō)明的操作原理還適用于p型MOSFET，其中在p型MOSFET中，下文中所說(shuō)明的電壓和電位的極性需反轉(zhuǎn)。當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式下，使pn結(jié)15正向偏壓時(shí)，控制電路50使場(chǎng)電極41偏壓，使得在場(chǎng)電極電介質(zhì)42周圍的漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。在n型MOSFET中，施加給場(chǎng)電極41以在n型漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)的電位是分別相對(duì)于漂移區(qū)11和漏區(qū)14的電位的負(fù)電位?？刂齐娐?0可以被配置為通過(guò)驅(qū)動(dòng)場(chǎng)電極41完全夾斷漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道，或部分夾斷漏區(qū)14和本體區(qū)12之間的漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道。當(dāng)由兩個(gè)相鄰的晶體管單元的耗盡控制結(jié)構(gòu)生成的耗盡區(qū)在半導(dǎo)體本體100的橫向方向上彼此鄰接時(shí)，完全夾斷漂移區(qū)11中的溝道。當(dāng)在由兩個(gè)相鄰的晶體管単元的耗盡控制結(jié)構(gòu)生成的耗盡區(qū)之間保留有漂移區(qū)11的非耗盡區(qū)時(shí)，只部分夾斷漂移區(qū)11中的溝道。漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道是否完全耗盡主要取決于三個(gè)不同因素，即，兩個(gè)相鄰的耗盡控制結(jié)構(gòu)40的距離d、在耗盡控制結(jié)構(gòu)40之間的漂移區(qū)11的摻雜濃度以及耗盡控制結(jié)構(gòu)40的驅(qū)動(dòng)電位或驅(qū)動(dòng)電壓。在給定的驅(qū)動(dòng)電壓或驅(qū)動(dòng)電位下，當(dāng)漂移區(qū)11的摻雜濃度降低時(shí)，耗盡區(qū)始于ー個(gè)耗盡控制結(jié)構(gòu)向半導(dǎo)體本體100的更深處延伸，并且在給定的漂移區(qū)11的摻雜濃度下，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電位或驅(qū)動(dòng)電壓升高時(shí)，耗盡區(qū)向半導(dǎo)體本體100的更深處延伸。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，施加給耗盡控制結(jié)構(gòu)40的驅(qū)動(dòng)電壓的值在IV與-20V之間。例如，驅(qū)動(dòng)電壓是耗盡控制結(jié)構(gòu)40和源端S之間的電壓。在晶體管器件10的反向操作模式下，漂移區(qū)11中的溝道被完全夾斷，且使本ニ極管完全失效。因此，在源端S和漏端D之間沒(méi)有電流流過(guò)晶體管器件10。圖7的晶體管器件10可以像傳統(tǒng)的晶體管器件一祥操作，這意味著晶體管器件10在正向操作模式下可以通過(guò)向柵端G施加合適的驅(qū)動(dòng)電位來(lái)導(dǎo)通或截止。例如，控制電路50在晶體管器件10的正向操作模式下進(jìn)行配置，以使得當(dāng)體ニ極管被反向偏壓時(shí)，使耗盡控制結(jié)構(gòu)40與源端S或柵端G連接，從而在晶體管器件10的正向操作模式下，場(chǎng)電極31的電位對(duì)應(yīng)于源電位或柵電位。使耗盡控制結(jié)構(gòu)40與柵電位或源電位連接具有兩個(gè)不同的效果，這取決于晶體管是否處于導(dǎo)通狀態(tài)(導(dǎo)通)或處于截止?fàn)顟B(tài)(截止)。當(dāng)晶體管器件10導(dǎo)通，且場(chǎng)電極51具有源電位或柵電位時(shí)，先前可能在晶體管器件10的反向操作模式下(當(dāng)體ニ極管被正向偏壓時(shí))存在的耗盡區(qū)被除去。當(dāng)晶體管器件10截止時(shí)，耗盡區(qū)始于pn結(jié)15但也始于耗盡控制結(jié)構(gòu)40在漂移區(qū)11中擴(kuò)張。當(dāng)MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，該耗盡區(qū)始于耗盡結(jié)構(gòu)40的擴(kuò)張是分別借助于漏端D與源端S和柵端G之間的電壓差來(lái)進(jìn)行的。這就是在具有場(chǎng)電極的傳統(tǒng)晶體管的漂移區(qū)中傳統(tǒng)的場(chǎng)電極的操作原理。因此，在晶體管器件10的正向操作模式下，耗盡控制結(jié)構(gòu)40可以像傳統(tǒng)晶體管器件的漂移區(qū)中的傳統(tǒng)場(chǎng)電極ー樣操作。根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施方式，當(dāng)晶體管器件10處于正向操作狀態(tài)時(shí)且當(dāng)晶體管器件10導(dǎo)通時(shí)，控制電路50被配置為沿耗盡控制結(jié)構(gòu)40，具體地，沿場(chǎng)電極電介質(zhì)42在漂移區(qū)11中生成積累溝道。在n型晶體管中，可以分別相對(duì)于漏端D和漂移區(qū)11的電位向場(chǎng)電極41施加正向驅(qū)動(dòng)電位來(lái)生成積累溝道。當(dāng)晶體管器件10在正向操作模式下關(guān)閉時(shí)，向場(chǎng)電極41施加源電位、柵電位或與反向操作模式下的電位相同的電位，以當(dāng)晶體管器件10處于正向操作模式下并截止時(shí)在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。參照?qǐng)D8，其中示出了根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式的控制電路50的框圖，該控制電路50可以包括與控制端子C耦接并能夠?yàn)楹谋M控制結(jié)構(gòu)40提供所需驅(qū)動(dòng)電位的電壓源裝置51?？刂齐娐?0還可以包括操作模式檢測(cè)器52，該操作模式檢測(cè)器對(duì)晶體管器件10的當(dāng)前操作模式進(jìn)行檢測(cè)。為此，控制電路50可以接收表示漏端D和源端S之間的電壓的負(fù)載電壓信號(hào)SVDS，且柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Stc達(dá)到施加給MOSFET的柵端G的信號(hào)。在晶體管器件10的正向操作模式下，柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)Stc表示晶體管器件10是處于導(dǎo)通狀態(tài)還是處于截止?fàn)顟B(tài)。負(fù)載電壓信號(hào)Svds表示晶體管是在正向操作模式下操作還是在反向操作模式下操作。操作模式檢測(cè)器52向電壓源裝置51提供有關(guān)操作模式的信息，該電壓源裝置在控制端子C根據(jù)該信息生成驅(qū)動(dòng)電位。圖9示出了根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施方式的晶體管器件10的垂直截面圖。該晶體管器件10的耗盡控制結(jié)構(gòu)40包括鄰近漂移區(qū)11設(shè)置且通過(guò)漂移控制區(qū)電介質(zhì)142與漂移區(qū)11介電絕緣的漂移控制區(qū)141。漂移控制區(qū)141是單晶半導(dǎo)體區(qū)，其摻雜型可以與漂移區(qū)11相同或可以互補(bǔ)摻雜。與漂移區(qū)11 一祥，漂移控制區(qū)141沿晶體管器件10的電流流動(dòng)方向延伸，其中在圖9中所示的實(shí)施方式中，晶體管器件10的電流流動(dòng)方向是半導(dǎo)體本體100的垂直方向。漂移控制區(qū)141具有漏極側(cè)端和源極側(cè)端，漏極側(cè)端是設(shè)置在漏區(qū)14附近的一端部，源極側(cè)端是設(shè)置在源區(qū)13附近的一端部。漂移控制區(qū)141可以通過(guò)整流元件，如ニ極管143，與漏區(qū)14耦接。為了使整流元件143與漂移控制區(qū)141電連接，可以將接觸區(qū)145設(shè)置在整流元件143和漂移控制區(qū)141之間。接觸區(qū)145的摻雜型與漂移控制區(qū)141相同，但為更高度的摻雜。漂移控制區(qū)141與耗盡控制結(jié)構(gòu)40的控制端子C連接?？蛇x地，將比漂移控制區(qū)141更高度摻雜的接觸區(qū)144連接在漂移控制區(qū)141和控制端子C之間。根據(jù)ー個(gè)實(shí)施方式，在漂移區(qū)11是n摻雜的n型晶體管器件10中，漂移控制區(qū)141也是n摻雜，而第二接觸區(qū)144是p摻雜。在其他實(shí)施方式中，漂移控制區(qū)141與漂移區(qū)11互補(bǔ)摻雜。與圖7中所示的場(chǎng)電極41 一祥，當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式吋，圖9的漂移控制區(qū)141可以在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。在具有n型晶體管器件10的電子電路中，當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式時(shí)，控制電路50被配置為向漂移控制區(qū)141施加負(fù)電位。在這種情況下，沿著漂移控制區(qū)電介質(zhì)142在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。該耗盡區(qū)在垂直于晶體管器件10的電流流動(dòng)方向的方向上的擴(kuò)張或?qū)挾热Q于漂移控制區(qū)電介質(zhì)142的厚度、漂移區(qū)11的摻雜濃度以及施加給漂移控制區(qū)141的電位。這相當(dāng)于圖7的耗盡控制結(jié)構(gòu)40。圖9的控制電路50可以被配置為驅(qū)動(dòng)漂移控制結(jié)構(gòu)40，以使得在漂移區(qū)11中生成的耗盡區(qū)完全夾斷漂移區(qū)11中的導(dǎo)電溝道，或可以被配置為只部分夾斷該導(dǎo)電溝道。這也相當(dāng)于參照?qǐng)D9進(jìn)行說(shuō)明的漂移控制結(jié)構(gòu)40。在夾斷過(guò)程中，為了避免將本體區(qū)12的(少數(shù))載流子注入漂移區(qū)11，可以使用對(duì)本體區(qū)12和漂移區(qū)11之間的電壓進(jìn)行箝位的上述方法。當(dāng)晶體管器件10處于正向操作模式時(shí)，存在兩種不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，即導(dǎo)通狀態(tài)及截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，控制電路50可以被配置為沿著漂移控制區(qū)電介質(zhì)142在漂移區(qū)11中生成積累區(qū)。為此，控制電路50向n型MOSFET中的漂移控制區(qū)141施加正電位并在P型MOSFET中施加負(fù)電位。借助于漂移控制區(qū)141以及可選的連接區(qū)144的單晶半導(dǎo)體材料，當(dāng)MOSFET處于正向操作模式以及截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，可以在漂移控制區(qū)141中生成耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)。該耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)在當(dāng)MOSFET處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)在漂移區(qū)11中生成的耗盡區(qū)或空間電荷區(qū)之后。漂移控制區(qū)電介質(zhì)142兩側(cè)上的(即，漂移區(qū)11和漂移控制區(qū)141中的)耗盡區(qū)有助于限制漂移控制區(qū)電介質(zhì)142兩端的電壓。圖10示出了具有耗盡控制結(jié)構(gòu)40的晶體管器件10的另ー個(gè)實(shí)施方式。在該實(shí)施方式中，耗盡控制結(jié)構(gòu)40包括設(shè)置在漂移區(qū)11中并與漂移區(qū)11互補(bǔ)摻雜的半導(dǎo)體區(qū)241?？刂贫俗覥與該半導(dǎo)體區(qū)241連接。在該器件中，具有互補(bǔ)區(qū)241的漂移區(qū)11像JFET(結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)那樣工作，該JFET由與控制端子C連接的控制電路50控制。當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式時(shí)，控制電路50驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)區(qū)241，使得在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。在n型MOSFET中，控制電路50被配置為相對(duì)于漏電位D施加負(fù)電位以在漂移區(qū)11中生成耗盡區(qū)。控制電路50，與圖6和圖7的控制電路50那樣，可以被配置為當(dāng)晶體管器件10處于反向操作模式時(shí)完全夾斷漂移區(qū)11中的溝道，或可以被配置為只部分夾斷該溝道。當(dāng)晶體管器件10處于正向操作模式時(shí)，控制電路50例如被配置為向互補(bǔ)區(qū)241施加源電位，該源電位是源端S的電位。在這種情況下，當(dāng)晶體管器件10處于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在漂移區(qū)11中也生成耗盡區(qū)，使漂移區(qū)11中的電位增加并使漂移區(qū)11中的電位與互補(bǔ)區(qū)241中的電位之間的電壓差增加。在這種情況下，漂移控制結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)區(qū)241像傳統(tǒng)超結(jié)型晶體管中的傳統(tǒng)補(bǔ)償區(qū)那樣工作。圖11示出了圖1至圖8中所示的電子電路的等效電路圖。晶體管器件10的電路符號(hào)與MOSFET的電路符號(hào)相似，但包括控制電路50連接的額外端子C。MOSFET可以像傳統(tǒng)MOSFET —樣操作，在傳統(tǒng)MOSFET中，控制電路50被配置為根據(jù)MOSFET的操作狀態(tài)向耗盡控制結(jié)構(gòu)40施加驅(qū)動(dòng)電位，說(shuō)明如下。參照?qǐng)D11，整流元件6，如ニ`極管，可以連接在晶體管器件10的漏端D和源端S之間。該整流元件6可以充當(dāng)空轉(zhuǎn)元件。該整流元件6連接為使得，當(dāng)與n型MOSFET并聯(lián)連接吋，當(dāng)在漏端D和源端S之間施加正電壓時(shí)電流可以流過(guò)整流元件6，并且當(dāng)與p型MOSFET并聯(lián)連接吋，當(dāng)在漏端D和源端S之間施加負(fù)電壓時(shí)電流可以流過(guò)整流元件6。整流元件6可以實(shí)現(xiàn)為肖特基ニ極管、碳化硅ニ極管、MOS柵控ニ極管等。在圖1、圖3以及圖5至圖8中所示的晶體管器件中，每個(gè)晶體管単元都包括耗盡控制結(jié)構(gòu)40。然而，這僅僅是ー個(gè)實(shí)例。根據(jù)另ー個(gè)實(shí)施方式，只有一部分晶體管単元包括耗盡控制結(jié)構(gòu)40。圖12示出了具有此晶體管器件10的電子電路的等效電路圖。參照?qǐng)D12，晶體管器件10可以被認(rèn)為具有傳統(tǒng)晶體管IO2和晶體管IO1的并聯(lián)電路，晶體管IO1具有耗盡控制結(jié)構(gòu)40和與耗盡控制結(jié)構(gòu)40連接的控制電路50。在只有一部分晶體管單元具有耗盡控制結(jié)構(gòu)40的晶體管器件中，體ニ極管不可能完全失效。然而，可以減少當(dāng)體ニ極管被正向偏壓時(shí)存儲(chǔ)在該器件中的載流子等離子體以減少器件或電路中的開(kāi)關(guān)損耗。這是因?yàn)楸苊饬藢⒌入x子體存儲(chǔ)在該器件的単元IO1中?？臻g相關(guān)術(shù)語(yǔ)，如“以下”、“在…下面”、“下部”、“以上”、“上部”等，用于易于對(duì)ー
個(gè)元件相對(duì)于另一個(gè)元件的位置進(jìn)行說(shuō)明。除那些與圖中所述的方位不同的方位之外，這些術(shù)語(yǔ)還g在包含器件的不同方位。此外，術(shù)語(yǔ)，如“第一”、“第二”等，還用于描述各種元件、區(qū)域、部分等，而并非用于限制。類似的術(shù)語(yǔ)在整個(gè)說(shuō)明書中是指類似的元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等是說(shuō)明存在所述元件或特征，但不排除其他元件或特征的開(kāi)放式術(shù)語(yǔ)。冠詞“一”、“ー個(gè)”和“該” g在包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文另有明確說(shuō)明。考慮到上述范圍的變化和應(yīng)用，應(yīng)理解，本發(fā)明不受前述描述的限制，也不受附圖的限制。相反，本發(fā)明只受所附權(quán)利要求及其法律等同物的限制。
權(quán)利要求
1.ー種電子電路，包括可以在反向操作模式下操作的晶體管器件以及控制電路，所述晶體管器件包括: 源區(qū)、漏區(qū)、本體區(qū)以及漂移區(qū)； 電連接至所述源區(qū)的源電極； 在所述本體區(qū)和所述漂移區(qū)之間形成的Pn結(jié)； 鄰近所述本體區(qū)并與所述本體區(qū)介電絕緣的柵電扱；以及鄰近所述漂移區(qū)的耗盡控制結(jié)構(gòu)，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)具有控制端子并被配置為根據(jù)所述控制端子接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述漂移區(qū)中生成耗盡區(qū)；并且其中，所述控制電路耦接至所述耗盡控制結(jié)構(gòu)的控制端子，并被配置為當(dāng)所述晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)驅(qū)動(dòng)所述耗盡控制結(jié)構(gòu)以生成所述耗盡區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，還包括:箝位元件，其耦接在所述漂移區(qū)與所述源電極和所述本體區(qū)中的至少ー個(gè)之間，并被配置為將所述本體區(qū)或所述源電極與所述漂移區(qū)之間的電壓箝位在低于所述本體區(qū)與所述漂移區(qū)之間的Pn結(jié)的正向電壓的電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子電路，其中，所述箝位元件是肖特基ニ極管或MOS柵控ニ極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述控制電路還被配置為當(dāng)所述晶體管器件在反向操作模式下操作吋，驅(qū)動(dòng)所述柵電極以在所述本體區(qū)中生成導(dǎo)電溝道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括: 鄰近所述漂移區(qū)配置并耦接至所述控制端子的場(chǎng)電扱；以及 所述場(chǎng)電極和所述漂移區(qū)之間的場(chǎng)電極電介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子電路，其中，所述場(chǎng)電極包括金屬或多晶半導(dǎo)體材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括: 鄰近所述漂移區(qū)并耦接至所述控制端子的漂移控制區(qū)；以及 所述漂移控制區(qū)和所述漂移區(qū)之間的漂移控制區(qū)電介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子電路，其中，所述漂移控制區(qū)包括單晶半導(dǎo)體材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括摻雜型與所述漂移區(qū)的摻雜型互補(bǔ)的區(qū)域，所述區(qū)域鄰接所述漂移區(qū)并耦接至所述控制端子。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子電路，其中，摻雜型互補(bǔ)的所述區(qū)域包括單晶半導(dǎo)體材料。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述源區(qū)與所述漏區(qū)之間連接有ニ極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電子電路，其中，所述ニ極管是MOS柵控ニ極管、肖特基ニ極管及碳化硅ニ極管之一。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述晶體管器件是縱向晶體管器件。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，其中，所述晶體管器件是橫向晶體管器件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子電路，還包括柵極驅(qū)動(dòng)電路，其耦接至所述柵電極并被配置為根據(jù)輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng) 所述柵電扱。
16.一種用于操作晶體管器件的方法，所述晶體管器件可以在反向操作模式下操作，所述晶體管器件包括:源區(qū)、漏區(qū)、本體區(qū)以及漂移區(qū)、電連接至所述源區(qū)的源電極、在所述本體區(qū)和所述漂移區(qū)之間形成的Pn結(jié)、鄰近所述本體區(qū)配置并與所述本體區(qū)介電絕緣的柵電極、以及鄰近所述漂移區(qū)配置的耗盡控制結(jié)構(gòu)，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)具有控制端子，并被配置為根據(jù)所述控制端子接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在所述漂移區(qū)中生成耗盡區(qū)，所述方法包括: 當(dāng)所述晶體管器件在反向操作模式下操作吋，驅(qū)動(dòng)所述耗盡控制結(jié)構(gòu)以生成所述耗盡區(qū)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:將箝位元件耦接在所述漂移區(qū)與所述本體區(qū)和所述源電極中的至少ー個(gè)之間，所述箝位元件被配置為將所述本體區(qū)或所述源電極與所述漂移區(qū)之間的電壓箝位在低于所述本體區(qū)與所述漂移區(qū)之間的Pn結(jié)的正向電壓的電壓。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，所述箝位元件是肖特基ニ極管或MOS柵控ニ極管。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:當(dāng)所述晶體管器件在反向操作模式下操作吋，驅(qū)動(dòng)所述柵電極以在所述本體區(qū)生成導(dǎo)電溝道。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括: 鄰近所述漂移區(qū)配置并耦接至所述控制端子的場(chǎng)電扱；以及 所述場(chǎng)電極和所述漂移區(qū)之間的場(chǎng)電極電介質(zhì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中，所述場(chǎng)電極包括金屬或多晶半導(dǎo)體材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括: 鄰近所述漂移區(qū)并耦接至所述控制端子的漂移控制區(qū)；以及 所述漂移控制區(qū)和所述漂移區(qū)之間的漂移控制區(qū)電介質(zhì)。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述漂移控制區(qū)包括單晶半導(dǎo)體材料。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述耗盡控制結(jié)構(gòu)還包括摻雜型與所述漂移區(qū)的摻雜型互補(bǔ)的區(qū)域，所述區(qū)域鄰接所述漂移區(qū)并耦接至所述控制端子。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，摻雜型互補(bǔ)的所述區(qū)域包括單晶半導(dǎo)體材料。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述源區(qū)與所述漏區(qū)之間連接有ニ極管。
27.根據(jù)權(quán)利要求20 所述的方法，其中，所述ニ極管是MOS柵控ニ極管或肖特基ニ極管或碳化硅ニ極管。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，還包括:根據(jù)輸入信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述柵電極，使得當(dāng)所述晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)沿所述柵電介質(zhì)在所述本體區(qū)中生成導(dǎo)電溝道。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有可控反向二極管的功率晶體管。其中，一種電子電路包括可以在反向操作模式下操作的晶體管器件以及控制電路。該晶體管器件包括源區(qū)、漏區(qū)、本體區(qū)以及漂移區(qū)、與源區(qū)電連接的源電極、在本體區(qū)和漂移區(qū)之間形成的pn結(jié)、鄰近本體區(qū)并與本體區(qū)介電絕緣的柵電極、以及鄰近漂移區(qū)的耗盡控制結(jié)構(gòu)。該耗盡控制結(jié)構(gòu)具有控制端子并被配置為根據(jù)控制端子接收的驅(qū)動(dòng)信號(hào)在漂移區(qū)中生成耗盡區(qū)?？刂齐娐放c耗盡控制結(jié)構(gòu)的控制端子耦接并被配置為當(dāng)晶體管器件在反向操作模式下操作時(shí)驅(qū)動(dòng)耗盡控制結(jié)構(gòu)以生成耗盡區(qū)。
文檔編號(hào)H03K19/0944GK103117295SQ20121035344
公開(kāi)日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者弗朗茨·赫爾萊爾, 馬丁·費(fèi)爾德特克勒, 盧茨·約爾根斯 申請(qǐng)人:英飛凌科技奧地利有限公司