專利名稱：半導(dǎo)體二極管、電子元件、電壓耦合變換器和控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體二極管、電子元件以及電壓耦合變換器。本發(fā)明還涉及一種用于電壓耦合變換器的控制方法。
背景技術(shù)：
借助于變換器將確定電壓、頻率和相數(shù)的交流系統(tǒng)變換成另一個(gè)電壓、頻率和必要時(shí)相數(shù)的交流系統(tǒng)。電壓耦合變換器(Spannungszwischenkreis-umrichter)用于進(jìn)行雙重變換方法的變換。輸入的交流首先被整流。直流電壓在級(jí)間耦合電路被平滑，并且在反相換流器中變換成另一個(gè)電壓和頻率的交流。此外，還可以將變換器用于對(duì)其中電壓在時(shí)間上規(guī)則變化的系統(tǒng)進(jìn)行變換，而不會(huì)出現(xiàn)電壓過零點(diǎn)。
在大功率電子線路的電壓耦合變換器中，作為元件使用了有源半導(dǎo)體開關(guān)(可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體，例如，MOSFET(金屬氧化半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)、IGBT(絕緣柵極雙極性晶體管)、雙極性晶體管、GTO(Gate Turn OffThyristor，選通關(guān)斷可控硅)、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成柵極整流可控硅))以及空轉(zhuǎn)二極管。空轉(zhuǎn)二極管是這樣的二極管，其在大功率電子線路的電路中用于在將電感中存儲(chǔ)的電能或者電荷進(jìn)行關(guān)斷或者變換的過程中提供釋放能量或者電荷的電流路徑。
可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體的接通速度，在電壓耦合變換器中受到空轉(zhuǎn)二極管所需要的直到其可以接收電壓的時(shí)間的限制。該時(shí)間又受到由于最終載流子速度造成的狀態(tài)延遲的限制。這點(diǎn)特別出現(xiàn)在電流和電壓的變化極其快速的時(shí)候。該狀態(tài)延遲尤其產(chǎn)生于下列情況二極管在電流導(dǎo)通階段中載流子過載，該載流子在相位變化(即截止方向的變換)以及與此相關(guān)的整流(即電流方向的變換)中必須在二極管能夠接收電壓之前首先被清除。這種在二極管轉(zhuǎn)換中待清除的載流子被稱為存儲(chǔ)電荷，而二極管有關(guān)的特性被稱為反向恢復(fù)特性。
因此，在電壓耦合變換器中空轉(zhuǎn)二極管的反向恢復(fù)特性受到了限制，特別是清除存儲(chǔ)電荷所需的時(shí)間、也就是有源半導(dǎo)體開關(guān)允許的接通速度受到了限制。在二極管可以接收電壓之前，必須清除存儲(chǔ)電荷。這點(diǎn)產(chǎn)生了在二極管以及在半導(dǎo)體開關(guān)中的損耗功率。
通過有源半導(dǎo)體開關(guān)足夠慢的接通速度可以保證空轉(zhuǎn)二極管的可靠運(yùn)行。在設(shè)計(jì)變換器的大小時(shí)必須考慮所形成的損耗功率。這點(diǎn)導(dǎo)致了更大的冷卻開銷，或者導(dǎo)致大功率半導(dǎo)體更大的芯片面積，或者限制了變換器的運(yùn)行頻率。
迄今為止，在電壓耦合變換器中采用基于硅的PIN二極管以及(在較小電壓下的)肖特基二極管。
獨(dú)立于并且不針對(duì)電壓耦合變換器，由Schrder(Schrder，Dierk“Elektrische Antriebe 3-Leistungselektronische Bauelemente”，Springer出版社，柏林，1996，第373至377頁)公開了不同類型的MOS(金屬氧化半導(dǎo)體)受控二極管(MCD)。公開了各種類型的MCD。在所有描述的MCD中借助于MOS控制頭(即一個(gè)通過半導(dǎo)體材料絕緣設(shè)置的門電極)在元件的兩種狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這些狀態(tài)的特征如下狀態(tài)1較小的導(dǎo)通電阻，高的存儲(chǔ)電荷、截止能力狀態(tài)2較高的導(dǎo)通電阻，較小或無存儲(chǔ)電荷，沒有或者僅僅有很低的截止能力在狀態(tài)1中，所有描述的MCD與具有高摻雜p區(qū)域的PIN二極管的特性一致，即元件在導(dǎo)通狀態(tài)下導(dǎo)電良好。此外，其具有截止能力，只不過必須在從導(dǎo)通方向過渡到截止方向時(shí)清除高的存儲(chǔ)電荷。
在狀態(tài)2中，所描述的MCD根據(jù)不同的實(shí)施方式與一個(gè)接通的MOSFET或者肖特基二極管的特性一致，也就是說，在導(dǎo)通狀態(tài)下具有比在狀態(tài)1中更差的導(dǎo)通能力，由于肖特基結(jié)而不具有或者僅僅具有極小的截止能力，不過，沒有或者僅僅有極少在電流方向改變時(shí)必須被清除的存儲(chǔ)電荷。
所有所描述的MCD是這樣構(gòu)造的，即通過施加一個(gè)門電壓而由n或p導(dǎo)電的通道來橋接一個(gè)p或n摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域。因此，MCD的轉(zhuǎn)換影響到該導(dǎo)電的通道的建立和撤銷。由此，在狀態(tài)2中通過一個(gè)另外的電流通路“繞過”該p-n結(jié)。因此，在狀態(tài)2中p-n結(jié)不具有截止能力。于是，MCD的狀態(tài)2的特征在于沒有截止能力，或者如同肖特基二極管的特性一樣僅僅有很低的截止能力。
因?yàn)闋顟B(tài)1具有很小的導(dǎo)通電阻，在導(dǎo)通狀態(tài)下應(yīng)該設(shè)置到該狀態(tài)。在截止?fàn)顟B(tài)下MCD僅僅可以處于狀態(tài)1，因?yàn)闋顟B(tài)2沒有或者僅僅有很低的截止能力，所以不能接收或只能接收很小的電壓。不過，在電流方向改變時(shí)，即在從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡時(shí)，MCD應(yīng)該處于狀態(tài)2，因?yàn)樵摖顟B(tài)與狀態(tài)1相反不具有或者僅僅有很少的存儲(chǔ)電荷。因此，為了獲得MCD的最佳特性，在電流方向變換時(shí)，即在從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡時(shí)，MCD應(yīng)該首先處于狀態(tài)1然后轉(zhuǎn)換到狀態(tài)2，僅僅實(shí)現(xiàn)電流方向的改變，隨后轉(zhuǎn)換到狀態(tài)1，以實(shí)現(xiàn)截止。
在該由Schrder描述的MCD中的缺點(diǎn)是，上述用于優(yōu)化MCD從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡的方法是非常費(fèi)事的，并且對(duì)于控制脈沖的時(shí)間順序的反應(yīng)是嚴(yán)格的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種新的半導(dǎo)體二極管，其中可以在不同導(dǎo)通電阻和不同存儲(chǔ)電荷的狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)的優(yōu)化過渡被簡(jiǎn)化，并因此與控制脈沖的時(shí)間順序的關(guān)系不是嚴(yán)格的。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題還有，將該半導(dǎo)體二極管集成在電子元件中。
此外，還要提供一種電壓耦合變換器，其中減小了在整流過程中要從空轉(zhuǎn)二極管清除的存儲(chǔ)電荷并因此減小了開關(guān)損耗能量，以實(shí)現(xiàn)電壓耦合變換器的較高的接通速度。此外，本發(fā)明的技術(shù)問題還在于，提供一種用于這種電壓耦合變換器的控制方法。
按照本發(fā)明，上述關(guān)于半導(dǎo)體二極管的技術(shù)問題是通過權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的特征而解決的，優(yōu)選的實(shí)施方式和擴(kuò)展在從屬于權(quán)利要求1或權(quán)利要求5的權(quán)利要求中給出。
關(guān)于將半導(dǎo)體二極管集成在電子元件中的技術(shù)問題，是通過引用權(quán)利要求5至23的權(quán)利要求24的特征而解決的，優(yōu)選的實(shí)施方式和擴(kuò)展在從屬于權(quán)利要求24的權(quán)利要求中給出。
涉及電壓耦合變換器的部分的技術(shù)問題，是通過引用權(quán)利要求1至23的權(quán)利要求33的特征而解決的，優(yōu)選的實(shí)施方式和擴(kuò)展在從屬于權(quán)利要求33的權(quán)利要求中給出。
涉及控制方法的部分的技術(shù)問題，是通過引用權(quán)利要求33至43的權(quán)利要求44的特征而解決的，優(yōu)選的實(shí)施方式和擴(kuò)展在從屬于權(quán)利要求44的權(quán)利要求中給出。
根據(jù)權(quán)利要求1，關(guān)于半導(dǎo)體二極管的本發(fā)明是基于這樣的思路，即，提供一種具有至少一個(gè)p-n結(jié)的半導(dǎo)體二極管，其可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中，-第二狀態(tài)與第一狀態(tài)相比具有更大的導(dǎo)通電阻，-第二狀態(tài)與第一狀態(tài)相比具有更小的存儲(chǔ)電荷，-該p-n結(jié)可以既在第一狀態(tài)又在第二狀態(tài)下截止，分別具有至少一種可以預(yù)定的截止能力。
按照本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，在一個(gè)可以在不同導(dǎo)通電阻和不同存儲(chǔ)電荷的狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換的二極管中，半導(dǎo)體二極管從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)的優(yōu)化過渡被簡(jiǎn)化，并因此與控制脈沖的時(shí)間順序的關(guān)系不是嚴(yán)格的。該優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)在于，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管具有一個(gè)p-n結(jié)，該p-n結(jié)在兩種狀態(tài)下都是可以截止的，并且具有至少一種對(duì)于每種狀態(tài)都預(yù)定的截止能力，因此在截止情況下半導(dǎo)體二極管在兩種狀態(tài)中均被截止。在此，截止能力被理解為，二極管在截止情況下(即，在二極管的截止方向上施加電壓)可以接收電壓，并且最大只能流通極其微小的截止電流。截止能力的大小可以通過在截止情況下的擊穿電壓來定義。
按照一種擴(kuò)展，半導(dǎo)體二極管的截止能力的特征在于，在截止情況下在半導(dǎo)體二極管的第一和第二狀態(tài)下的擊穿電壓至少為100V，優(yōu)選地至少為1000V。
在本發(fā)明的一種適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式中，以在截止情況下的擊穿電壓為特征的所述截止能力在半導(dǎo)體二極管的第一和第二狀態(tài)下處于相同的數(shù)量級(jí)，也就是說，舍入到下一個(gè)十的冪會(huì)導(dǎo)致相同的結(jié)果。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，半導(dǎo)體二極管包括門電極和第一電極，其中，通過改變?cè)陂T電極和第一電極之間施加的電壓而實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體二極管的第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)權(quán)利要求5，本發(fā)明的思路還在于提供一種半導(dǎo)體二極管，其包括-預(yù)定給第一區(qū)域的傳導(dǎo)類型，
-具有與第一區(qū)域相反設(shè)置的傳導(dǎo)類型的第二區(qū)域，-在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間構(gòu)成的p-n結(jié)，-與第一區(qū)域直接電連接(即尤其是與其構(gòu)成歐姆接觸)的第一電極，-與第二區(qū)域直接電連接(即尤其是與其構(gòu)成歐姆接觸)的第二電極，-通過第一區(qū)域和/或第二區(qū)域的絕緣層分開設(shè)置在p-n結(jié)和/或第一區(qū)域的區(qū)域中的門電極，-其中，通過將電壓施加在第一電極和門電極之間，可以改變、即提高或降低在第一區(qū)域中的多數(shù)載流子濃度。
在此，在第一區(qū)域中預(yù)定的傳導(dǎo)類型被理解為，由p摻雜或者n摻雜的半導(dǎo)體材料組成第一區(qū)域。在第二區(qū)域中相反設(shè)置的傳導(dǎo)類型意味著，第二區(qū)域與第一區(qū)域相反地進(jìn)行摻雜，也就是說，如果第一區(qū)域p摻雜則第二區(qū)域n摻雜，反之亦然。
第一電極、第二電極和門電極可以由金屬制成。
門電極、絕緣層以及第一和第二區(qū)域的半導(dǎo)體材料構(gòu)成一種MIS(金屬絕緣半導(dǎo)體)觸點(diǎn)。因?yàn)樵陂T電極和第一電極之間施加的電壓控制了在第一區(qū)域中的多數(shù)載流子濃度，因此該MIS觸點(diǎn)也被稱為MIS控制頭。由此，共同涉及一種受MIS控制的二極管。除了在第一區(qū)域中通過MIS控制頭對(duì)多數(shù)載流子濃度進(jìn)行控制之外，還自動(dòng)地同時(shí)設(shè)置了在第二區(qū)域中的載流子濃度。
根據(jù)本發(fā)明的受MIS控制的半導(dǎo)體二極管尤其具有在權(quán)利要求1中給出的狀態(tài)，因此可以被視為根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的半導(dǎo)體二極管的優(yōu)選的實(shí)施方式。這些狀態(tài)可以如下地標(biāo)志出第一狀態(tài)較小的導(dǎo)通電阻，高的存儲(chǔ)電荷、截止能力第二狀態(tài)較高的導(dǎo)通電阻，極小的存儲(chǔ)電荷、截止能力在此，相對(duì)量“較小”或“極小”以及“較高”或“高的”分別表示在另一種狀態(tài)中的相同特征。
與由現(xiàn)有技術(shù)公開的MOS控制二極管的區(qū)別尤其在于，按照本發(fā)明的二極管在第二狀態(tài)(該狀態(tài)否則的話要與按照現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)2對(duì)應(yīng))中具有一個(gè)帶有截止能力的p-n結(jié)。因此，在電流方向改變時(shí)(即在從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)過渡時(shí))，為了獲得受MIS控制的二極管的最佳特性，按照本發(fā)明的受MIS控制的二極管首先如同按照現(xiàn)有技術(shù)的MOS控制二極管一樣處于第一狀態(tài)(現(xiàn)有技術(shù)中的狀態(tài)1)，然后轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)(現(xiàn)有技術(shù)中的狀態(tài)2)。這樣實(shí)現(xiàn)了電流方向的改變。不過，此時(shí)去掉了在按照現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)1中的立刻轉(zhuǎn)換，因?yàn)榕c現(xiàn)有技術(shù)不同，按照本發(fā)明的受MIS控制的二極管在第二狀態(tài)中也具有一個(gè)帶有截止能力的p-n結(jié)，因此在第二狀態(tài)中也實(shí)現(xiàn)了截止。由此，簡(jiǎn)化了半導(dǎo)體二極管從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)的優(yōu)化過渡并因此與控制脈沖的時(shí)間順序的關(guān)系不是嚴(yán)格的。
盡管所有由Schrder描述的MOS控制二極管這樣構(gòu)成，即與狀態(tài)1不同，通過建立導(dǎo)電的通道以及以此為條件在p-n結(jié)上開啟電流路徑來確定狀態(tài)2，而按照本發(fā)明的受MIS控制的半導(dǎo)體二極管則通過在第一區(qū)域中的不同多數(shù)載流子濃度來定義該狀態(tài)。在這種情況下，p-n結(jié)不是由一個(gè)替代的電流路徑“繞過”。由此，二極管在兩種狀態(tài)下均具備p-n結(jié)的截止能力。
根據(jù)按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的一種擴(kuò)展，門電極既不覆蓋直到第一電極的第一區(qū)域，也不覆蓋直到第二電極的第二區(qū)域。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，半導(dǎo)體二極管的第一區(qū)域和/或第二區(qū)域是作為層構(gòu)成的。
此外，也可以將門電極與第一區(qū)域和/或第二區(qū)域之間的絕緣層作為氧化層構(gòu)成。由此，半導(dǎo)體二極管的MIS觸點(diǎn)在這種具體的擴(kuò)展中是MOS觸點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，第一區(qū)域由鄰接第一電極的第一部分區(qū)域以及鄰接第二區(qū)域并與其構(gòu)成p-n結(jié)的第二部分區(qū)域組成，其中，在第一部分區(qū)域中的摻雜比在第二部分區(qū)域中的摻雜更高。此外，在這種情況下還可以將門電極僅僅設(shè)置在第一區(qū)域的第一部分區(qū)域的范圍中。
根據(jù)本發(fā)明半導(dǎo)體二極管的另一種擴(kuò)展，第二區(qū)域由鄰接第一區(qū)域并與其構(gòu)成p-n結(jié)的第一部分區(qū)域以及鄰接第二電極的第二部分區(qū)域構(gòu)成，其中，在第一部分區(qū)域中的摻雜比在第二部分區(qū)域中的摻雜更低。為得到所要求的抗擊穿能量，這種結(jié)構(gòu)在大功率電子電路的元件中是常見的。按照一種適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式，第二區(qū)域的第一部分區(qū)域和/或第二部分區(qū)域是作為層構(gòu)成的。
在本發(fā)明的第一實(shí)施方式變形中，在第一區(qū)域中的摻雜比在第二區(qū)域的第二部分區(qū)域中的摻雜更低。
在該第一實(shí)施方式變形的擴(kuò)展中，第二區(qū)域的第二部分區(qū)域在第二電極和該第二區(qū)域的第一部分區(qū)域之間的范圍內(nèi)，利用其電荷類型與該第二區(qū)域的電荷類型相反的島而實(shí)現(xiàn)。
在本發(fā)明的第二實(shí)施方式變形中，在第一區(qū)域中的摻雜比在第二區(qū)域的第二部分區(qū)域中的摻雜更高。
在該半導(dǎo)體二極管的一種擴(kuò)展中，第一區(qū)域是n摻雜的區(qū)域。第二區(qū)域則是p摻雜。因此，在將第二區(qū)域分成兩部分的情況下，第一部分區(qū)域是p負(fù)摻雜的部分區(qū)域，而第二部分區(qū)域是p正摻雜的部分區(qū)域。在第一區(qū)域n摻雜的情況下第一電極是陰極，第二電極是陽極。
在該半導(dǎo)體二極管的一種替代的擴(kuò)展中，所述第一區(qū)域是p摻雜的區(qū)域。第二區(qū)域則是n摻雜。因此，在將第二區(qū)域分成兩部分的情況下，第一部分區(qū)域是n負(fù)摻雜的部分區(qū)域，而第二部分區(qū)域是n正摻雜的部分區(qū)域。在第一區(qū)域p摻雜的情況下第一電極是陽極，第二電極是陰極。因此，在門電極和第一電極之間施加的電壓可以記為門-陽極電壓uGA。
如果觀察在第一區(qū)域p摻雜情況下的上述第一實(shí)施方式變形，則這種半導(dǎo)體二極管在沒有施加門-陽極電壓的條件下處于上面定義的第二狀態(tài)中，也就是說，與第一狀態(tài)相應(yīng)該半導(dǎo)體二極管表現(xiàn)為高的導(dǎo)通電阻和極小的存儲(chǔ)電荷。合適的是，將摻雜特性和載流子壽命這樣設(shè)置，使得二極管在這種狀態(tài)下具有一種柔和的反向恢復(fù)特性，即尾電流的衰減相對(duì)平緩地進(jìn)行。通過施加負(fù)的門-陽極電壓將提高在p摻雜的第一區(qū)域中的空穴濃度，隨后二極管處于第一狀態(tài)，也就是說，與第二狀態(tài)相應(yīng)該二極管具有低的導(dǎo)通電阻和高的存儲(chǔ)電荷。由此，二極管狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換通過接通以及斷開負(fù)的門-陽極電壓而實(shí)現(xiàn)。
如果觀察在第一區(qū)域p摻雜情況下的上述第一實(shí)施方式變形的擴(kuò)展，則第二區(qū)域的第二部分區(qū)域與第一部分區(qū)域相比具有高的n摻雜。這種高n摻雜的第二部分區(qū)域用p島實(shí)現(xiàn)。這點(diǎn)具有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，在半導(dǎo)體二極管從第一狀態(tài)向第二狀態(tài)的過渡中將在第二區(qū)域的極低n摻雜的第一部分區(qū)域中的空穴迅速清除。
如果觀察在第一區(qū)域p摻雜情況下的上述第二實(shí)施方式變形，則在第一區(qū)域中的p摻雜大于在第二區(qū)域的第二部分區(qū)域中的n摻雜。在沒有施加門-陽極電壓的條件下半導(dǎo)體二極管處于上面定義的第一狀態(tài)中，該狀態(tài)相對(duì)于第二狀態(tài)表現(xiàn)為小的導(dǎo)通電阻和高的存儲(chǔ)電荷。通過施加正的門-陽極電壓將降低在p摻雜的第一區(qū)域中的空穴濃度，隨后二極管具有高的導(dǎo)通電阻和極小的存儲(chǔ)電荷，由此其處于第二狀態(tài)。
第一區(qū)域的n摻雜帶來類似的結(jié)論，只不過交換相應(yīng)的傳導(dǎo)類型的給定(n或p)。
在一種適當(dāng)?shù)募夹g(shù)上的擴(kuò)展中，本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管是按照平面結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。在一種特別優(yōu)選的替代實(shí)施方式中二極管是按照溝渠結(jié)構(gòu)(作為溝道元件(Trench-Element))或者按照MESA結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的第一區(qū)域和/或第二區(qū)域可以是基于硅或者碳化硅SiC或者砷化鎵GaAs制成的。門電極與第一區(qū)域和/或第二區(qū)域之間的絕緣層是由氧化硅構(gòu)成的。
在本發(fā)明的一種擴(kuò)展中，為半導(dǎo)體二極管設(shè)置了用于在第一電極和門電極之間施加電壓的控制裝置。這種控制裝置使得可以通過對(duì)所施加的電壓進(jìn)行控制而將半導(dǎo)體二極管在第一和第二狀態(tài)之間進(jìn)行受控的轉(zhuǎn)換。
按照權(quán)利要求24，本發(fā)明關(guān)于電子元件基于這樣的考慮，即提供一種具有至少一個(gè)芯片的電子元件，該芯片包括多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管作為單元。該芯片被稱為第一類型的芯片。
按照根據(jù)本發(fā)明的電子元件的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式，在模塊外殼中集成了至少一個(gè)第一類型的芯片以及至少一個(gè)包括多個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體作為單元的芯片。具有多個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的芯片被稱為第二類型的芯片。
在需要時(shí)，可以在模塊外殼中并行連接兩個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片。作為替換或者額外地，也可以在模塊外殼中將一個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片與一個(gè)或多個(gè)第二類型的芯片錯(cuò)接成為單一開關(guān)和/或半橋(相位)和/或多個(gè)相位。
在帶有模塊外殼的電子元件的一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，第一類型芯片的每個(gè)半導(dǎo)體二極管的門連接，分別與該二極管所屬的、第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的門連接分開地從所述模塊外殼中引出，并且分別具有一個(gè)接觸位置。
按照帶有模塊外殼的電子元件的一種替代的實(shí)施方式，第一類型芯片的每個(gè)半導(dǎo)體二極管的門連接，與該二極管所屬的、第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的門連接在所述模塊外殼內(nèi)部連接，使得為用戶(即對(duì)外)僅僅給出一個(gè)接觸位置。
在一種擴(kuò)展中，在帶有模塊外殼的電子元件中為可開關(guān)大功率半導(dǎo)體設(shè)置了輔助發(fā)射極連接以及輔助陰極連接和/或輔助陽極連接以及輔助集電極連接。于是優(yōu)選的是這樣一種結(jié)構(gòu)，其中可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的輔助發(fā)射極連接以及輔助陰極連接與屬于該可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的半導(dǎo)體二極管的輔助陽極連接相連接。
在此，輔助連接被理解為這樣的連接，其中與大功率連接不同僅僅流動(dòng)較小的控制電流。
在帶有模塊外殼的電子元件的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，除了所述一個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片以及一個(gè)或多個(gè)第二類型的芯片之外，還在模塊外殼中集成了用于第一類型芯片的半導(dǎo)體二極管和/或第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的控制電路或者部分控制電路。
按照權(quán)利要求33，本發(fā)明關(guān)于電壓耦合變換器基于這樣的考慮，即提供一種電壓耦合變換器，其具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管和至少一個(gè)大功率半導(dǎo)體。在此，作為半導(dǎo)體二極管可以采用每個(gè)所述實(shí)施方式變形和擴(kuò)展。
按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的使用提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，通過在第一和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換可以有針對(duì)性地充分利用對(duì)應(yīng)于電壓耦合變換器的不同開關(guān)階段的相應(yīng)狀態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。
在按照本發(fā)明的電壓耦合變換器的一種擴(kuò)展中，這樣錯(cuò)接半導(dǎo)體二極管，使得每個(gè)所述半導(dǎo)體二極管作為空轉(zhuǎn)二極管分配給可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體。
這種組合提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即由此減小了在整流過程中由空轉(zhuǎn)二極管清除到可開關(guān)大功率半導(dǎo)體上的存儲(chǔ)電荷以及在相應(yīng)控制半導(dǎo)體二極管狀態(tài)時(shí)的開關(guān)能耗。這點(diǎn)導(dǎo)致變換器損失功率減小，并因此允許極小的大功率半導(dǎo)體面積以及極小的冷卻開銷。
在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，電壓耦合變換器具有至少一個(gè)用于對(duì)輸出交流系統(tǒng)進(jìn)行變換的子系統(tǒng)，該輸出交流系統(tǒng)包括兩個(gè)本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管和兩個(gè)可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體。
在此，可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體可以是MOSFET和/或IGBT和/或雙極性晶體管和/或GTO和/或IGCT。
按照本發(fā)明的電壓耦合變換器可以是兩點(diǎn)變換器或者三點(diǎn)變換器或者多點(diǎn)變換器。相位的數(shù)目分別是任意的。
在一種特別優(yōu)選的擴(kuò)展中，將可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體串聯(lián)連接。在這種情況下，受MIS控制的二極管的減小的存儲(chǔ)電荷簡(jiǎn)化了大功率半導(dǎo)體之間的電壓對(duì)稱。
通常，可開關(guān)大功率半導(dǎo)體以及所屬的空轉(zhuǎn)二極管需要一個(gè)控制電路。在本發(fā)明的電壓耦合變換器的一種適當(dāng)?shù)膶?shí)施方式中，將大功率半導(dǎo)體的控制功能以及所屬的半導(dǎo)體二極管的控制功能集成在一個(gè)公共的控制電路中。這種控制功能的集成可以為一個(gè)或多個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)。
此外，所述公共控制電路的特征體現(xiàn)在公共的電壓供電。按照一種擴(kuò)展，所述公共的電壓供電通過交流電壓源、隨后的變壓器和隨后的整流而實(shí)現(xiàn)。
作為替換或者附加地，所述公共控制電路的特征還可以體現(xiàn)在公共的控制信號(hào)傳遞。按照一種擴(kuò)展，所述公共的控制信號(hào)傳遞可以通過光電耦合器和/或光波導(dǎo)體和/或脈沖發(fā)送器(即用于信號(hào)傳輸?shù)男⌒妥儔浩?而實(shí)現(xiàn)。
按照權(quán)利要求44，本發(fā)明關(guān)于用于按照本發(fā)明的電壓耦合變換器的控制方法基于這樣的考慮，即，按照時(shí)間順序依次確定對(duì)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體以及所屬的根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的控制。這意味著，對(duì)半導(dǎo)體二極管在第一和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的接通以及斷開具有確定的時(shí)間關(guān)系。此外，如果在電壓耦合變換器中具有多個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和半導(dǎo)體二極管則依次確定所有元件的開關(guān)過程。
在該控制方法的第一實(shí)施方式中，對(duì)半導(dǎo)體二極管在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的斷開和/或接通具有時(shí)間關(guān)系。
在控制方法的第一實(shí)施方式的一種優(yōu)選的擴(kuò)展中，-在電壓耦合變換器中具有第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，以及第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體所屬的根據(jù)本發(fā)明的第一半導(dǎo)體二極管和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體所屬的根據(jù)本發(fā)明的第二半導(dǎo)體二極管，
-首先接通第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體、斷開第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，第一半導(dǎo)體二極管處于第一狀態(tài)而第二半導(dǎo)體二極管處于第二狀態(tài)，-在第一時(shí)刻將第一半導(dǎo)體二極管從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)，-在第二時(shí)刻斷開第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，-在第三時(shí)刻接通第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，-在第四時(shí)刻將第二半導(dǎo)體二極管從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)。
因此，在實(shí)施了該控制方法的第一實(shí)施方式之后，第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體斷開，第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體接通，第一半導(dǎo)體二極管處于第二狀態(tài)，而第二半導(dǎo)體二極管處于第一狀態(tài)。
在控制方法的該第一實(shí)施方式中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻在第二時(shí)刻之前，或者第二時(shí)刻在第一時(shí)刻之前。
在控制方法的第一實(shí)施方式的第一變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第三時(shí)刻在第四時(shí)刻之前，或者第四時(shí)刻在第三時(shí)刻之前。此外，在該第一變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻和第二時(shí)刻在第三時(shí)刻和第四時(shí)刻之前，也就是第一和第二時(shí)刻中較遲的時(shí)刻在第三和第四時(shí)刻較早中的時(shí)刻之前。在控制方法的第一實(shí)施方式的該第一變形中，半導(dǎo)體二極管在第一狀態(tài)中的截止能力不是強(qiáng)迫地必需的，也就是說，控制方法的該變形也可以利用其它類型的半導(dǎo)體二極管來實(shí)現(xiàn)。
在控制方法的第一實(shí)施方式的第二變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第四時(shí)刻在第二時(shí)刻之前。
在控制方法的第二實(shí)施方式中，對(duì)半導(dǎo)體二極管在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的斷開具有時(shí)間關(guān)系。在該第二實(shí)施方式的條件下，二極管在接通所屬可開關(guān)大功率半導(dǎo)體時(shí)的轉(zhuǎn)換不是必須的。
在控制方法的第二實(shí)施方式的優(yōu)選擴(kuò)展中，-在電壓耦合變換器中具有第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，以及第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體所屬的根據(jù)本發(fā)明的第一半導(dǎo)體二極管和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體所屬的根據(jù)本發(fā)明的第二半導(dǎo)體二極管，-首先接通第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體、斷開第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，第一半導(dǎo)體二極管處于第一狀態(tài)而第二半導(dǎo)體二極管處于第二狀態(tài)，
-在第一時(shí)刻將第一半導(dǎo)體二極管從第一狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)，-在第二時(shí)刻斷開第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，-在第三時(shí)刻接通第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，-在第四時(shí)刻將第一半導(dǎo)體二極管從第二狀態(tài)轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)。
因此，在實(shí)施了該控制方法的第二實(shí)施方式之后，第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體斷開，第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體接通，第一半導(dǎo)體二極管如開始那樣處于第一狀態(tài)。第二半導(dǎo)體二極管在整個(gè)控制方法中保持不變地處于第一狀態(tài)。
在控制方法的第二實(shí)施方式的第一變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻和第二時(shí)刻在第三時(shí)刻之前，而第三時(shí)刻在第四時(shí)刻之前。在此，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻可以在第二時(shí)刻之前，或者第二時(shí)刻可以在第一時(shí)刻之前。
在控制方法的第二實(shí)施方式的第二變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻在第二時(shí)刻之前。此外，在該第二變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第四時(shí)刻在第三時(shí)刻之前。如果第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體是流通電流的，則按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，還有第四時(shí)刻在第二時(shí)刻之前。在控制方法的第二實(shí)施方式的第二變形中，半導(dǎo)體二極管在第二狀態(tài)中的截止能力不是強(qiáng)迫地必需的，也就是說，控制方法的該變形也可以利用其它類型的半導(dǎo)體二極管來實(shí)現(xiàn)。
在控制方法的第一以及第二實(shí)施方式的優(yōu)選擴(kuò)展中，緊接在從第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體向第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換之后的從第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體向第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的反向轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)于從第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體向第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的轉(zhuǎn)換過程而進(jìn)行。這樣，在對(duì)單個(gè)步驟的描述中只需分別用第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體來替代第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和反過來，以及用第二半導(dǎo)體二極管來替代第一半導(dǎo)體二極管和反過來。


下面借助于優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)一步解釋本發(fā)明。其中參考附圖。圖中圖1表示在第一常規(guī)二極管中的載流子分布與按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的一種實(shí)施方式中載流子分布的對(duì)比，
圖2表示作為溝道元件實(shí)現(xiàn)的、按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的一種具體的實(shí)施方式，圖3表示帶有可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的電壓耦合變換器的一種實(shí)施方式的電路圖，圖4表示按照第一實(shí)施方式的控制方法的開關(guān)順序，圖5表示按照第二實(shí)施方式的控制方法的開關(guān)順序。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地示出了在常規(guī)的PIN二極管(即具有結(jié)構(gòu)p區(qū)域-本征層(“內(nèi)部層”，這里為n負(fù)摻雜)-n區(qū)域)的導(dǎo)通狀態(tài)下載流子分布n，p，以及在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的狀態(tài)和在施加負(fù)的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的狀態(tài)下，根據(jù)上述第一實(shí)施方式變形在第一區(qū)域6進(jìn)行p摻雜情況下(即，具有與n負(fù)摻雜區(qū)域8相比低的p摻雜的第一區(qū)域6)的、按照本發(fā)明的三層半導(dǎo)體二極管的導(dǎo)通狀態(tài)載流子分布n，p。在此，p摻雜的區(qū)域6是第一區(qū)域。n負(fù)摻雜的區(qū)域7是第二區(qū)域7、8的第一部分區(qū)域，而n正摻雜的區(qū)域8是第二區(qū)域7、8的第二部分區(qū)域。
在圖1的下部區(qū)域示出了穿過二極管10的適應(yīng)性斷面。p摻雜的區(qū)域6位于二極管10的該斷面圖的左側(cè)區(qū)域中。該p摻雜區(qū)域在這里示出的第一實(shí)施方式變形中相對(duì)于n正摻雜的區(qū)域8來說摻雜較低。在該p摻雜的區(qū)域6上鄰接一個(gè)與其它區(qū)域相比已經(jīng)n負(fù)摻雜的區(qū)域7?！皀負(fù)”表示，該區(qū)域相對(duì)于n正摻雜的區(qū)域8來說摻雜較低。n正摻雜的區(qū)域8在右側(cè)與n負(fù)摻雜的區(qū)域7鄰接。
在該通過二極管10的適應(yīng)性斷面之上，圖1中按照x-y圖的形式示出了載流子分布n，p。在此，x軸表示在下面示意地描繪的二極管10中的位置，而在y軸上可以讀出載流子濃度n，p的大小。
在x-y圖中示出了三條載流子分布。用K1表示的曲線再現(xiàn)了在常規(guī)PIN二極管中的載流子分布；用K2表示的曲線再現(xiàn)了在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的條件下在一種按照本發(fā)明的、三層的、按照第一實(shí)施方式變形在第一區(qū)域6進(jìn)行p摻雜的半導(dǎo)體二極管中的載流子分布；而用K3表示的曲線再現(xiàn)了在施加負(fù)的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的條件下按照本發(fā)明的同一二極管中的載流子分布。負(fù)的門-陽極電壓意味著，二極管的門極相對(duì)于二極管的陽極極性為負(fù)。
在示出的例子中，按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管在負(fù)的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的條件下具有與常規(guī)PIN二極管相同的導(dǎo)通電阻(參見曲線K1和K3)。不過在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的條件下，在整個(gè)n負(fù)摻雜的區(qū)域7中本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的載流子濃度n，p明顯低于常規(guī)的二極管在n負(fù)摻雜的區(qū)域7中的載流子濃度n，p。這點(diǎn)在圖1中由曲線K1與曲線K2的比較示出。因此，在本發(fā)明的二極管中的存儲(chǔ)電荷相對(duì)于常規(guī)PIN二極管明顯地減少了。
圖1還示出了，通過在本發(fā)明的二極管中施加門-陽極電壓，不僅可以設(shè)置在p區(qū)域6中的多數(shù)載流子濃度(沒有示出)，而且可以設(shè)置在n負(fù)摻雜的區(qū)域7的陽極一側(cè)的載流子濃度n，p。這點(diǎn)由曲線K2與曲線K3的比較示出。在此，n負(fù)摻雜的區(qū)域7的陽極一側(cè)是與p摻雜的區(qū)域6鄰接的一側(cè)，在圖1中是n負(fù)摻雜的區(qū)域7的左側(cè)。在n負(fù)摻雜的區(qū)域7的右側(cè)(即陰極一側(cè))上的載流子濃度在本發(fā)明的兩種狀態(tài)之下(即，uGA＝0V和uGA＜0V)基本上大小相同。n負(fù)摻雜的區(qū)域7中的一個(gè)區(qū)域越靠近左側(cè)(即靠近陽極一側(cè))，則在本發(fā)明的二極管的兩種狀態(tài)(即，uGA＝0V和uGA＜0V)之間的載流子濃度n，p的差別越大。在uGA＜0V的條件下，在n負(fù)摻雜的區(qū)域7的陽極一側(cè)的載流子濃度n，p明顯大于在uGA＝0V下的載流子濃度n，p。其在n負(fù)摻雜的區(qū)域7的陽極一側(cè)甚至明顯高于常規(guī)PIN二極管的載流子濃度n，p。
自然地，在具有p摻雜的第一區(qū)域6的本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管的另一個(gè)實(shí)施方式中，也可以設(shè)置其它載流子分布。不過特征總是在于，通過施加門-陽極電壓可以設(shè)置在n負(fù)摻雜的區(qū)域7陽極一側(cè)上的載流子濃度。
因此，通過調(diào)整門-陽極電壓，除了改變?cè)趐摻雜的區(qū)域6中的多數(shù)載流子濃度并因此影響存儲(chǔ)電荷的主要目的之外，還改變了在n負(fù)摻雜區(qū)域7的陽極一側(cè)區(qū)域中的載流子濃度。由此，同樣影響了二極管的存儲(chǔ)電荷，并且是類似于在p摻雜的區(qū)域中的影響，即，在p摻雜的區(qū)域6中的存儲(chǔ)電荷的減少同樣導(dǎo)致在n負(fù)摻雜的區(qū)域7中的存儲(chǔ)電荷的減少，反之亦然。
圖2示出了通過本發(fā)明的二極管9的單元的可能實(shí)施方式的一個(gè)原理性截面。在所示實(shí)施方式中二極管9作為溝道元件實(shí)現(xiàn)。所示出的本發(fā)明的二極管9由p摻雜的區(qū)域6、與其鄰接的n負(fù)摻雜的區(qū)域7以及在n負(fù)摻雜的區(qū)域7與p摻雜的區(qū)域6相對(duì)一側(cè)上相鄰的n正摻雜的區(qū)域8組成。此外，二極管還有陽極以及陰極，其中，陰極設(shè)置在n正摻雜的區(qū)域8上與n負(fù)摻雜的區(qū)域7相對(duì)的一側(cè)并且覆蓋整個(gè)側(cè)面，而陽極設(shè)置在p摻雜的區(qū)域6上與n負(fù)摻雜的區(qū)域7相對(duì)的一側(cè)。p摻雜的區(qū)域6以及n負(fù)摻雜的區(qū)域的與該p摻雜的區(qū)域6鄰接的部分，具有比n負(fù)摻雜的區(qū)域7的剩余范圍以及與其鄰接的n正摻雜的區(qū)域8明顯更小的面積。由于面積的減小，n負(fù)摻雜的區(qū)域7的空舍表面以及p摻雜的區(qū)域6的空余側(cè)面完全由氧化層4所覆蓋。在該氧化層4之外，將門極5設(shè)置在p摻雜的區(qū)域6和n負(fù)摻雜的區(qū)域7之間的過渡區(qū)域中。因此，門極5、氧化層4以及p摻雜的區(qū)域6和n負(fù)摻雜的區(qū)域7構(gòu)成MOS觸點(diǎn)。通過在門極5和陽極2之間施加電壓，可以對(duì)p摻雜的區(qū)域6中的載流子濃度施加影響。由此，可以設(shè)置半導(dǎo)體二極管9的不同狀態(tài)。因此所示出的半導(dǎo)體二極管是一種MOS受控二極管。
作為半導(dǎo)體材料可以對(duì)所有區(qū)域使用硅，這樣氧化層由氧化硅構(gòu)成。陽極2、陰極3和門極5由金屬構(gòu)成。
圖3示出了一種在此作為半橋的電壓耦合變換器的電路圖，該電壓耦合變換器具有可開關(guān)大功率半導(dǎo)體和按照本發(fā)明的半導(dǎo)體二極管。該電路圖包括兩個(gè)用T1和T2標(biāo)記的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體，以及兩個(gè)用D1和D2標(biāo)記的半導(dǎo)體二極管。
圖4和圖5示例性地示出了針對(duì)在圖3中作為電路圖所示出的電壓耦合變換器的控制方法。作為該電壓耦合變換器的單個(gè)元件給出的是半導(dǎo)體二極管D1和D2以及可開關(guān)大功率半導(dǎo)體T1和T2。D1是屬于T1的空轉(zhuǎn)二極管，D2則是屬于T2的空轉(zhuǎn)二極管。對(duì)于每個(gè)元件D1，T1，D2，T2分別給出了兩種狀態(tài)，在控制方法進(jìn)行時(shí)在這兩種狀態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換。在二極管D1和D2的情況下是狀態(tài)Z1和Z2。在此，Z1表示半導(dǎo)體的具有極小導(dǎo)通電阻和高的存儲(chǔ)電荷的狀態(tài)，而Z2表示半導(dǎo)體的具有高的導(dǎo)通電阻和極小存儲(chǔ)電荷的狀態(tài)。半導(dǎo)體二極管D1和D2在兩種狀態(tài)中都具有截止能力。兩個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體T1和T2可以被接通和斷開。接通狀態(tài)和斷開狀態(tài)分別用“通”和“斷”來表示。
對(duì)于各元件D1，T1，D2，T2分別向右按照時(shí)間上的順序由對(duì)應(yīng)的軌跡示出了各自的開關(guān)狀態(tài)。在此，在用P1表示的開關(guān)階段中示出了從T1轉(zhuǎn)換為T2時(shí)的控制方法，而在用P2表示的開關(guān)階段中示出了從T2轉(zhuǎn)換為T1時(shí)的控制方法。在圖4中用t1，t2，t3和t4示出了在開關(guān)階段P1(即從T1轉(zhuǎn)換為T2)中單個(gè)元件的轉(zhuǎn)換時(shí)間點(diǎn)，而在圖5中則用s1，s2，s3和s4示出。在用P2表示的開關(guān)階段(即從T2轉(zhuǎn)換為T1)中，控制方法的運(yùn)行在圖4和圖5中都對(duì)應(yīng)于從T1到T2的轉(zhuǎn)換(階段P1)進(jìn)行。僅僅是單個(gè)元件D1和D2以及T1和T2的開關(guān)狀態(tài)相互地交換了，即，在階段P2中的D1的開關(guān)狀態(tài)在時(shí)間變化上對(duì)應(yīng)于在階段P1中的D2的開關(guān)狀態(tài)，反之亦然。類似地，在階段P2中的T1的開關(guān)狀態(tài)在其時(shí)間變化上對(duì)應(yīng)于在階段P1中的T2的開關(guān)狀態(tài)，反之亦然。
在圖4中所示出的控制方法說明了已經(jīng)作為第一實(shí)施方式描述的控制方法。其中，半導(dǎo)體二極管D1，D2在第一狀態(tài)Z1和第二狀態(tài)Z2之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體T1，T2的斷開和/或接通有時(shí)間關(guān)系地實(shí)現(xiàn)。
從在圖4中示出的階段P1中單個(gè)步驟看出(1)在時(shí)刻t1D1從狀態(tài)Z1轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Z2，(2)在時(shí)刻t2T1被斷開，(3)在時(shí)刻t3T2被接通，(4)在時(shí)刻t4D2從狀態(tài)Z2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Z1。
按照已經(jīng)描述的控制方法的第一實(shí)施方式的第一變形，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，兩個(gè)時(shí)刻t1和t2在時(shí)刻t3和t4之前。反之，時(shí)刻t2可以在時(shí)刻t1之前或之后。此外，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，時(shí)刻t3可以在時(shí)刻t4之前或之后。在圖4中的表示中，對(duì)于第一實(shí)施方式具體地說，t1＜t2＜t3＜t4，即，t1在t2之前，t2在t3之前，以及t3在t4之前。
在控制方法第一實(shí)施方式的第二變形中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，時(shí)刻t4在時(shí)刻t2之前。反之，時(shí)刻t2可以在時(shí)刻t1之前或之后。
在圖5中所示出的控制方法說明了已經(jīng)作為第二實(shí)施方式描述的控制方法。其中，每個(gè)半導(dǎo)體二極管D1和D2在第一狀態(tài)Z1和第二狀態(tài)Z2之間的轉(zhuǎn)換，都與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體T1以及T2的斷開構(gòu)成特定的時(shí)間關(guān)系。反之，可開關(guān)大功率半導(dǎo)體T1以及T2的接通則不需要轉(zhuǎn)換所屬的半導(dǎo)體二極管D1以及D2。
從在圖5中示出的階段P1中單個(gè)步驟看出
(1)在時(shí)刻s1D1從狀態(tài)Z1轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Z2，(2)在時(shí)刻s2T1被斷開，(3)在時(shí)刻s3T2被接通，(4)在時(shí)刻s4D1從狀態(tài)Z2轉(zhuǎn)換到狀態(tài)Z1，因此再次處于輸出狀態(tài)。
由此，D1在與T1的斷開的特定時(shí)間關(guān)系中發(fā)生兩次轉(zhuǎn)換，而屬于T2的空轉(zhuǎn)二極管D2則在與T2接通的時(shí)間關(guān)系中不發(fā)生轉(zhuǎn)換，其在整個(gè)階段P1都處于狀態(tài)Z1。
在已經(jīng)描述的控制方法的第二實(shí)施方式的第一變形，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，兩個(gè)時(shí)刻s1和s2在時(shí)刻s3和s4之前。反之，時(shí)刻s2可以在時(shí)刻s1之前或之后。此外，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，時(shí)刻s3必須在時(shí)刻s4之前。在圖5中的表示中，對(duì)于第二實(shí)施方式具體地說，s1＜s2＜s3＜s4，即，s1在s2之前，s2在s3之前，以及s3在s4之前。
根據(jù)已經(jīng)描述的控制方法第二實(shí)施方式的第二變形，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，時(shí)刻s4在時(shí)刻s3之前，以及時(shí)刻s1在時(shí)刻s2之前。如果T1是導(dǎo)通電流的，則時(shí)刻s4必須在時(shí)刻s2之前。
權(quán)利要求
1.一種具有至少一個(gè)p-n結(jié)的半導(dǎo)體二極管，該半導(dǎo)體二極管可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其中，a)所述第二狀態(tài)與所述第一狀態(tài)相比具有更大的導(dǎo)通電阻，b)所述第二狀態(tài)與所述第一狀態(tài)相比具有更小的存儲(chǔ)電荷，c)所述p-n結(jié)可以既在該第一狀態(tài)又在該第二狀態(tài)下分別以至少一種可以預(yù)定的截止能力截止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述截止能力的特征在于，在截止情況下在該第一和第二狀態(tài)中的擊穿電壓至少為100V，優(yōu)選地至少為1000V。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體二極管，其中，以在截止情況下的擊穿電壓為特征的所述截止能力在所述半導(dǎo)體二極管的第一和第二狀態(tài)中處于相同的數(shù)量級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，包括a)門電極，b)第一電極，c)其中，通過改變?cè)陂T電極和第一電極之間施加的電壓實(shí)現(xiàn)在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。
5.一種特別是根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，包括a)預(yù)定給第一區(qū)域(6)的傳導(dǎo)類型，b)具有與第一區(qū)域(6)相反設(shè)置的傳導(dǎo)類型的第二區(qū)域(7，8)，c)在第一區(qū)域(6)和第二區(qū)域(7，8)之間構(gòu)成的p-n結(jié)，d)與第一區(qū)域(6)直接電連接的第一電極(2)，e)與第二區(qū)域(7，8)直接電連接的第二電極(3)，f)通過第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)的絕緣層分開設(shè)置在p-n結(jié)和/或第一區(qū)域(6)的區(qū)域中的門電極(5)，g)其中，通過將電壓施加在第一電極(2)和門電極(5)之間，可以改變、即提高或降低在第一區(qū)域中的多數(shù)載流子濃度，特別是按照一個(gè)在5至100范圍內(nèi)的因數(shù)進(jìn)行改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述門電極(5)既不覆蓋直到第一電極(2)的第一區(qū)域(6)，也不覆蓋直到第二電極(3)的第二區(qū)域(7，8)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)是作為層構(gòu)成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，門電極(5)與第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)之間的絕緣層(4)是作為氧化層構(gòu)成的。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)由鄰接第一電極(2)的第一部分區(qū)域以及鄰接第二區(qū)域(7，8)并與該第二區(qū)域構(gòu)成p-n結(jié)的第二部分區(qū)域組成，其中，在第一部分區(qū)域中的摻雜比在第二部分區(qū)域中的摻雜更高。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體二極管，其中，將所述門電極(5)僅僅設(shè)置在所述第一區(qū)域(6)的第一部分區(qū)域的范圍中。
11.根據(jù)權(quán)利要求5至10中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第二區(qū)域(7，8)由鄰接第一區(qū)域(6)并與該第一區(qū)域構(gòu)成p-n結(jié)的第一部分區(qū)域(7)以及鄰接第二電極(3)的第二部分區(qū)域(8)構(gòu)成，其中，在第一部分區(qū)域(7)中的摻雜比在第二部分區(qū)域(8)中的摻雜更低。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第二區(qū)域(7，8)的第一部分區(qū)域(7)和/或第二部分區(qū)域(8)是作為層構(gòu)成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體二極管，其中，在所述第一區(qū)域(6)中的摻雜比在所述第二區(qū)域(7，8)的第二部分區(qū)域(8)中的摻雜更低。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第二區(qū)域(7，8)的第二部分區(qū)域(8)在第二電極(3)和該第二區(qū)域(7，8)的第一部分區(qū)域(7)之間的范圍內(nèi)，利用其電荷類型與該第二區(qū)域(7，8)的電荷類型相反的島而實(shí)現(xiàn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的半導(dǎo)體二極管，其中，在第一區(qū)域(6)中的摻雜比在第二區(qū)域(7，8)的第二部分區(qū)域(8)中的摻雜更高。
16.根據(jù)權(quán)利要求5至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)是n摻雜的區(qū)域。
17.根據(jù)權(quán)利要求5至15中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)是p摻雜的區(qū)域。
18.根據(jù)權(quán)利要求5至17中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述半導(dǎo)體二極管是按照平面結(jié)構(gòu)或者溝渠結(jié)構(gòu)或者M(jìn)ESA結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
19.根據(jù)權(quán)利要求5至18中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)是在基于硅制成的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述在門電極(5)與第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)之間的絕緣層(4)是由氧化硅構(gòu)成的。
21.根據(jù)權(quán)利要求5至20中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)是基于碳化硅SiC制成的。
22.根據(jù)權(quán)利要求5至21中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，所述第一區(qū)域(6)和/或第二區(qū)域(7，8)是基于砷化鎵GaAs制成的。
23.根據(jù)權(quán)利要求5至22中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管，其中，設(shè)置了控制裝置用于在所述第一電極(2)和門電極(5)之間施加電壓。
24.一種具有至少一個(gè)第一類芯片的電子元件，該芯片包括多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求5至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的電子元件，其中，該電子元件具有一個(gè)模塊外殼，在該模塊外殼中集成了至少一個(gè)第一類型的芯片以及至少一個(gè)第二類型的芯片，后者包括多個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體作為單元。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的電子元件，其中，并行連接了兩個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片。
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的電子元件，其中，一個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片與一個(gè)或多個(gè)第二類型的芯片錯(cuò)接成為單一開關(guān)和/或半橋(相位)和/或多個(gè)相位。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的電子元件，其中，第一類型芯片的每個(gè)半導(dǎo)體二極管的門連接，分別與該二極管所屬的、第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的門連接分開地從所述模塊外殼中引出，并且具有一個(gè)接觸位置。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的電子元件，其中，第一類型芯片的每個(gè)半導(dǎo)體二極管的門連接，分別與該二極管所屬的、第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的門連接在所述模塊外殼內(nèi)部連接，使得對(duì)外僅僅給出一個(gè)接觸位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的電子元件，其中，為所述可開關(guān)大功率半導(dǎo)體設(shè)置輔助發(fā)射極連接以及輔助陰極連接和/或輔助陽極連接以及輔助集電極連接。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電子元件，其中，所述可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的輔助發(fā)射極連接以及輔助陰極連接，與屬于該可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的半導(dǎo)體二極管的輔助陽極連接相連。
32.根據(jù)權(quán)利要求25至3 1中任一項(xiàng)所述的電子元件，其中，除了所述一個(gè)或多個(gè)第一類型的芯片以及一個(gè)或多個(gè)第二類型的芯片之外，還在所述模塊外殼中集成了用于對(duì)第一類型芯片的半導(dǎo)體二極管和/或第二類型芯片的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體的控制電路或者部分控制電路。
33.一種電壓耦合變換器，其具有至少一個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)和至少一個(gè)可開關(guān)的大功率半導(dǎo)體(T1，T2)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的電壓耦合變換器，其中，每個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)是所述可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)的空轉(zhuǎn)二極管。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的電壓耦合變換器，其具有至少一個(gè)用于對(duì)輸出交流系統(tǒng)的相位進(jìn)行變換的子系統(tǒng)，該輸出交流系統(tǒng)包括兩個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)和兩個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)。
36.根據(jù)權(quán)利要求33至35中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器，其中，所述可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)是MOSFET和/或IGBT和/或雙極性晶體管和/或GTO和/或IGCT。
37.根據(jù)權(quán)利要求33至36中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器，其中，所述電壓耦合變換器是兩點(diǎn)變換器或者三點(diǎn)變換器或者多點(diǎn)變換器，其中相位的數(shù)目分別是任意的。
38.根據(jù)權(quán)利要求33至37中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器，其中，將所述可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)串聯(lián)連接。
39.根據(jù)權(quán)利要求33至38中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器，其中，將至少一個(gè)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)的控制功能以及所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)的控制功能集成在一個(gè)公共的控制電路中。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共控制電路的特征體現(xiàn)在公共的電壓供電。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共的電壓供電通過交流電壓源連同隨后的變壓器和隨后的整流而實(shí)現(xiàn)。
42.根據(jù)權(quán)利要求33至41中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共控制電路的特征體現(xiàn)在公共的控制信號(hào)傳遞。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共的控制信號(hào)傳遞通過光電耦合器和/或光波導(dǎo)體和/或脈沖發(fā)送器而實(shí)現(xiàn)。
44.一種用于根據(jù)權(quán)利要求33至43中任一項(xiàng)所述的電壓耦合變換器的控制方法，其中，按照時(shí)間順序依次確定對(duì)可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)以及所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)的控制。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的控制方法，其中，根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)在第一狀態(tài)(Z1)和第二狀態(tài)(Z2)之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)的斷開和/或接通有時(shí)間關(guān)系地實(shí)現(xiàn)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的控制方法，其中，a)在電壓耦合變換器中具有第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，以及第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的第一半導(dǎo)體二極管(D1)和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的第二半導(dǎo)體二極管(D2)，b)首先接通第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)、斷開第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，第一半導(dǎo)體二極管(D1)處于第一狀態(tài)(Z1)而第二半導(dǎo)體二極管(D2)處于第二狀態(tài)(Z2)，c)在第一時(shí)刻(t1)將第一半導(dǎo)體二極管(D1)從第一狀態(tài)(Z1)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)(Z2)，d)在第二時(shí)刻(t2)斷開第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)，e)在第三時(shí)刻(t3)接通第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，f)在第四時(shí)刻(t4)將第二半導(dǎo)體二極管(D2)從第二狀態(tài)(Z2)轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)(Z1)。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻(t1)在第二時(shí)刻(t2)之前，或者第二時(shí)刻(t2)在第一時(shí)刻(t1)之前。
48.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第三時(shí)刻(t3)在第四時(shí)刻(t4)之前，或者第四時(shí)刻(t4)在第三時(shí)刻(t3)之前。
49.根據(jù)權(quán)利要求46至48中任一項(xiàng)所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻(t1)和第二時(shí)刻(t2)在第三時(shí)刻(t3)和第四時(shí)刻(t4)之前。
50.根據(jù)權(quán)利要求46或47所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第四時(shí)刻(t4)在第二時(shí)刻(t2)之前。
51.根據(jù)權(quán)利要求44所述的控制方法，其中，對(duì)根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體二極管(D1，D2)在第一狀態(tài)(Z1)和第二狀態(tài)(Z2)之間的轉(zhuǎn)換，與所屬的可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1，T2)的斷開有時(shí)間關(guān)系地實(shí)現(xiàn)。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的控制方法，其中，a)在電壓耦合變換器中具有第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，以及第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的第一半導(dǎo)體二極管(D1)和第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)所屬的根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的第二半導(dǎo)體二極管(D2)，b)首先接通第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)、斷開第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，第一半導(dǎo)體二極管(D1)處于第一狀態(tài)(Z1)而第二半導(dǎo)體二極管(D2)處于第一狀態(tài)(Z1)，c)在第一時(shí)刻(s1)將第一半導(dǎo)體二極管(D1)從第一狀態(tài)(Z1)轉(zhuǎn)換到第二狀態(tài)(Z2)，d)在第二時(shí)刻(s2)斷開第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)，e)在第三時(shí)刻(s3)接通第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)，f)在第四時(shí)刻(s4)將第一半導(dǎo)體二極管(D1)從第二狀態(tài)(Z2)轉(zhuǎn)換到第一狀態(tài)(Z1)。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻(s1)和第二時(shí)刻(s2)在第三時(shí)刻(s3)之前，而第三時(shí)刻(s3)在第四時(shí)刻(s4)之前。
54.根據(jù)權(quán)利要求52或53所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻(s1)在第二時(shí)刻(s2)之前，或者第二時(shí)刻(s2)在第一時(shí)刻(s1)之前。
55.根據(jù)權(quán)利要求52所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第一時(shí)刻(s1)在第二時(shí)刻(s2)之前，而第四時(shí)刻(s4)在第三時(shí)刻(s3)之前。
56.根據(jù)權(quán)利要求52或55所述的控制方法，其中，按照單個(gè)步驟的時(shí)間順序，第四時(shí)刻(s4)在第二時(shí)刻(s2)之前。
57.根據(jù)權(quán)利要求46至50中任一項(xiàng)或者根據(jù)權(quán)利要求52至56中任一項(xiàng)所述的控制方法，其中，緊接著從第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)向第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)的轉(zhuǎn)換的從第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)向第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)的反向轉(zhuǎn)換，對(duì)應(yīng)于從第一可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T1)向第二可開關(guān)大功率半導(dǎo)體(T2)的轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體二極管、電子元件以及電壓耦合變換器。按照本發(fā)明，具有至少一個(gè)p－n結(jié)的半導(dǎo)體二極管(9)可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所述pn結(jié)位于p摻雜的區(qū)域(6)和n摻雜的區(qū)域(7)之間，其中，第二狀態(tài)與第一狀態(tài)相比具有更大的導(dǎo)通電阻以及更小的存儲(chǔ)電荷，而該p－n結(jié)可以在第一狀態(tài)和第二狀態(tài)下分別以至少一種可以預(yù)定的截止能力截止。此外，半導(dǎo)體二極管還具有陰極(3)、陽極(2)和門極(5)，該門極和氧化層(4)一起構(gòu)成MOS結(jié)構(gòu)。由此得到一種MOS受控二極管，其中導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)的過渡被簡(jiǎn)化，并因此與控制脈沖的時(shí)間順序的關(guān)系不是嚴(yán)格的。
文檔編號(hào)H02M5/458GK1754263SQ200480005203
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年2月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者馬克-馬賽厄斯·巴克蘭, 漢斯-岡特爾·?？藸?申請(qǐng)人:西門子公司