半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置及使用該驅(qū)動(dòng)裝置的電力變換裝置的制造方法
【專利摘要】以降低二極管損耗和噪聲為目的，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，在半導(dǎo)體元件中設(shè)置有：第1導(dǎo)電型第1半導(dǎo)體層(n?型漂移層)；第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層(p型陽極層)，其與上述第1半導(dǎo)體層相鄰，并暴露在一方的主表面(陽極側(cè))；第3半導(dǎo)體層(n型陰極層)，其與上述第1半導(dǎo)體層相鄰，為第1導(dǎo)電型，暴露在另一方主表面(陰極側(cè))，雜質(zhì)濃度比上述第1半導(dǎo)體層(n?型漂移層)高；絕緣柵極，其位于上述另一方主表面(陰極側(cè))，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持正電壓。
【專利說明】
半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置及使用該驅(qū)動(dòng)裝置的電力變換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換裝置，尤其涉及一種適于廣泛使用于從空調(diào)、微波爐等小電力設(shè)備至鐵道、鋼鐵廠的逆變器等大電力設(shè)備的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置及使用該驅(qū)動(dòng)裝置的電力變換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，作為降低續(xù)流二極管的導(dǎo)通損耗和恢復(fù)損耗的技術(shù)，有在陽極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)、在陰極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)(例如，參照專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2)。
[0003]此外，當(dāng)前，作為與在IGBT的集電極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)相關(guān)的技術(shù)，著眼于降低開關(guān)損耗(例如，參照專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4以及專利文獻(xiàn)5)。
[0004]此外，目前已知基于陰極側(cè)的電荷減少的振動(dòng)發(fā)生的機(jī)理(例如，參照非專利文獻(xiàn)I和非專利文獻(xiàn)2)。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)I:日本特開平10-163469號(hào)公報(bào)
[0008]專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-283132號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)3:日本特開2001-320049號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)4:日本特開2010-123667號(hào)公報(bào)
[0011]專利文獻(xiàn)5:日本特開2010-251517號(hào)公報(bào)
[0012]非專利文獻(xiàn)
[0013]非專利文獻(xiàn)1:M.Rahimo、et al.、“Freewheeling D1de Reverse-RecoveryFailure Modes in IGBT Applicat1n、，，IEEE Trans.1ndustry Applicat1n、vol.37、n0.2、Mar.2001、pp.661-670.
[0014]非專利文南犬2:K.Nakamura、et al.、“Evaluat1n of Oscillatory Phenomena inReverse Operat1n for High Voltage D1des、”Proc.IEEE ISPSD’08、May 2009、pp.156-159.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]發(fā)明要解決的課題
[0016]近年來，在節(jié)能或新能源的電力變換裝置中使用較多的逆變器、轉(zhuǎn)換器，但為了實(shí)現(xiàn)低碳社會(huì)，需要這些非常普及。圖18表示可變速地控制電動(dòng)機(jī)950，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的逆變器的例子。圖18表示可變速地控制電動(dòng)機(jī)950，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的逆變器的例子。使用作為功率半導(dǎo)體的一種的IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絕緣柵雙極晶體管)700，將來自電源960的電能變換為所希望的頻率的交流，可變速地控制電動(dòng)機(jī)950的轉(zhuǎn)速。電動(dòng)機(jī)950為3相電動(dòng)機(jī)，具有U相910、V相911、W相912的輸入。若接通在正極側(cè)的電源端子900上連接集電極的IGBT700 (以下，稱為上橋臂的IGBT)的柵極電路800，則供給U相910的輸入電力。另一方面，為了停止U相910的輸入電力，只要關(guān)斷該柵極電路800即可。通過重復(fù)該操作，可以向電動(dòng)機(jī)950提供所希望的頻率的電力。
[0017]在IGBT700上與IGBT700逆并聯(lián)連接續(xù)流二極管600。例如，在關(guān)斷了上橋臂的IGBT700的情況下，續(xù)流二極管600使流過該IGBT700的電流輸導(dǎo)至與發(fā)射極連接到負(fù)極側(cè)的電源端子901的IGBT700(以下，稱為下橋臂的IGBT)逆并聯(lián)的續(xù)流二極管600，由此釋放積存在電動(dòng)機(jī)950的線圈中的能量。若再次接通上橋臂的IGBT700，則下橋臂的續(xù)流二極管600成為非導(dǎo)通狀態(tài)，通過上橋臂的IGBT700向電動(dòng)機(jī)950提供電力。IGBT700和續(xù)流二極管600在導(dǎo)通時(shí)產(chǎn)生導(dǎo)通損耗，開關(guān)時(shí)產(chǎn)生開關(guān)損耗，因此為了實(shí)現(xiàn)逆變器的小型化/高效率化，需要降低IGBT700和續(xù)流二極管600的導(dǎo)通損耗以及開關(guān)損耗。
[0018]如上所述，作為降低續(xù)流二極管600的導(dǎo)通損耗以及恢復(fù)損耗的技術(shù)，有專利文獻(xiàn)I和專利文獻(xiàn)2。在專利文獻(xiàn)I中記載了在陽極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)I的圖1至圖5)和在陰極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)(專利文獻(xiàn)I的圖6和圖7)，但本發(fā)明是涉及在陰極側(cè)設(shè)有MOS柵極的結(jié)構(gòu)。在專利文獻(xiàn)I中記載了如下的方案:通過掩埋絕緣柵極，能夠控制從陰極的電子注入，因此能夠改善正向電壓和恢復(fù)損耗的平衡(tradeoff)。
[0019]但是，在上述的專利文獻(xiàn)I和2中，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)存在如下的課題。例如，在專利文獻(xiàn)I作為實(shí)施例而公開的發(fā)明(參照專利文獻(xiàn)I的圖6和圖7)中，導(dǎo)通時(shí)向柵極施加正電壓，形成電子累積層，由此降低正向電壓。另一方面，恢復(fù)時(shí)，將柵極電壓設(shè)為零，由此抑制從陰極的電子注入，從而降低恢復(fù)損耗。
[0020]根據(jù)本申請(qǐng)的發(fā)明人的實(shí)驗(yàn)，獲知若陽極電流小(例如，額定電流的10分之I)，恢復(fù)時(shí)，陽極電流和陽極電壓振動(dòng)。分析振動(dòng)原因的結(jié)果，獲知:若柵極電壓為零，則從陰極的電子注入減少，因此在恢復(fù)的尾電流期間，殘留在陰極側(cè)的電子急劇減少，引起電壓和電流的振動(dòng)。另外，對(duì)于陰極側(cè)的電荷減少引起的振動(dòng)發(fā)生的機(jī)理，在“專利以外的文獻(xiàn)I”和“專利以外的文獻(xiàn)2”中進(jìn)行了詳細(xì)記載。
[0021]鑒于上述課題，本發(fā)明的目的是不使二極管的損耗增加地抑制電流和電壓的振動(dòng)(=噪聲)。
[0022]用于解決課題的手段
[0023]為了解決上述課題，本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置例如在半導(dǎo)體元件中設(shè)置有:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層(η-型漂移層)；第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層(ρ型陽極層)，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方的主表面(陽極側(cè))；第3半導(dǎo)體層(η型陰極層)，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，暴露于另一方主表面(陰極側(cè))，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層(η-型漂移層)高；以及絕緣柵極，其位于上述另一方主表面(陰極側(cè))，該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。
[0024]此外，本發(fā)明的電力變換裝置具備:一對(duì)直流端子;與交流的相數(shù)數(shù)量相同的交流端子；以及電力變換單元，其連接在上述一對(duì)直流端子之間，分別由2個(gè)開關(guān)元件和逆極性的二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)組成，數(shù)量與連接至并聯(lián)電路的相互連接點(diǎn)不同的交流端子的交流的相數(shù)相同，并且，上述二極管的驅(qū)動(dòng)裝置為上述的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置。
[0025]通過本發(fā)明，能夠提供一種低損耗且低噪聲的二極管，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置以及電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0027]圖2是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的空穴密度分布的圖。
[0028]圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的輸出特性的圖。
[0029]圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的正向電壓(Vf)與恢復(fù)損耗(Err)的關(guān)系的圖。
[0030]圖5a是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序，是表示陽極電流為額定電流的情況的圖。
[0031]圖5b是本發(fā)明的實(shí)施例1的半導(dǎo)體元件的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序，是表示陽極電流為小電流的情況的圖。
[0032]圖6a是現(xiàn)有技術(shù)的恢復(fù)波形的圖。
[0033]圖6b是本發(fā)明的恢復(fù)波形的圖。
[0034]圖7是表示本發(fā)明的實(shí)施例1的恢復(fù)波形和柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序的圖。
[0035]圖8是本發(fā)明的實(shí)施例2的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0036]圖9是本發(fā)明的實(shí)施例3的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0037]圖10是本發(fā)明的實(shí)施例4的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0038]圖11是本發(fā)明的實(shí)施例5的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0039]圖12是本發(fā)明的實(shí)施例6的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0040]圖13是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的空穴密度分布的圖。
[0041]圖14是表示本發(fā)明的實(shí)施例6的輸出特性的圖。
[0042]圖15a是本發(fā)明的實(shí)施例6的半導(dǎo)體元件的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序，是表示集電極電流為額定電流的情況的圖。
[0043]圖15b是本發(fā)明的實(shí)施例6的半導(dǎo)體元件的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序，是表示集電極電流為小電流的情況的圖。
[0044]圖16是本發(fā)明的實(shí)施例7的半導(dǎo)體元件的截面圖。
[0045]圖17是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路圖。
[0046]圖18是電力變換器的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047]在本發(fā)明中，在陰極側(cè)設(shè)有絕緣柵極的MOS控制二極管中，根據(jù)陽極電流的大小，切換恢復(fù)時(shí)的絕緣柵極電壓的驅(qū)動(dòng)時(shí)序。
[0048]以下，作為各實(shí)施例，參照附圖詳細(xì)說明包含本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)以及驅(qū)動(dòng)方法的實(shí)施方式。
[0049]實(shí)施例1
[0050]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例1(本發(fā)明的代表性截面結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方法)進(jìn)行說明。
[0051]圖1是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第I實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例由η-型漂移層l、p型陽極層3、n型陰極層6、柵極電極8、柵極絕緣膜9、陽極電極10、陰極電極11、絕緣膜12、p+型陰極層13構(gòu)成。圖中的“+”表示雜質(zhì)濃度高，表示雜質(zhì)濃度低。
[0052]簡(jiǎn)單地說明本實(shí)施例的動(dòng)作。導(dǎo)通時(shí)，相對(duì)于陰極電極11將柵極電極8設(shè)為正電壓，由此在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成η型累積層，抑制從ρ型陽極層3注入的空穴向陰極電極11排出，正向電壓(Vf)下降(=導(dǎo)通損耗降低)
[0053]另一方面，恢復(fù)時(shí)，相對(duì)于陰極電極11將柵極電極8設(shè)為負(fù)電壓，由此在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成ρ型反型層，促使從ρ型陽極層3注入的空穴向陰極電極11排出，恢復(fù)損耗下降
[0054]接著，說明本實(shí)施例的動(dòng)作細(xì)節(jié)。圖2表示導(dǎo)通時(shí)陽極和陰極間的空穴密度分布。若向柵極電極施加零伏(圖中的Vg = 0V)，則與正電壓(圖中的Vg =+15V)相比，陰極側(cè)的空穴密度下降。若向柵極電極施加負(fù)電壓(圖中的Vg = -15V)，則可知陰極側(cè)的空穴密度進(jìn)一步下降。這是因?yàn)樵跂艠O電極8和η型陰極層6的界面形成ρ型反型層，從ρ型陽極層3注入的空穴經(jīng)由P型反型層，向陰極電極11排出。若將柵極電極設(shè)為正電壓(圖中的+15V)，則經(jīng)由ρ型反型層的電流路徑消失，形成η型累積層，因此抑制空穴的排出，陰極側(cè)的空穴密度增加。
[0055]另外，在此使用“ρ型反型層”，但柵極負(fù)電壓的絕對(duì)值并不一定超過η型陰極層6的“閾值(絕對(duì)值)”，即使柵極負(fù)電壓的絕對(duì)值低于“閾值(絕對(duì)值)”，溝道相對(duì)于空穴的電位下降，因此空穴通過電位下降的溝道路徑流過陰極電極11，促使從陰極排出空穴。
[0056]圖3表示向柵極電極8施加正電壓、零伏、負(fù)電壓時(shí)的輸出特性。若向柵極電極8施加正電壓，則(如圖2所示)陰極側(cè)的空穴密度高，因此陽極電流大(=正向電壓Vf小)。若向柵極電極8施加零伏，則陰極側(cè)的空穴密度下降，因此陽極電流變小(=正向電壓Vf變大)。若向柵極電極8施加負(fù)電壓，則陽極側(cè)的空穴密度進(jìn)一步下降，因此陽極電流降低(=正向電壓Vf增加)。
[0057]也就是說，在本實(shí)施例中，通過柵極電極8以時(shí)間軸切換正向電壓(Vf)小的二極管(=恢復(fù)損耗大的二極管)和正向電壓(Vf)大的二極管(=恢復(fù)損耗小的二極管)，由此能夠分別降低導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗。
[0058]接著，說明本發(fā)明的效果。圖4表示正向電壓(Vf)與恢復(fù)損耗(Err)的關(guān)系。虛線相當(dāng)于現(xiàn)有的pin二極管。在本發(fā)明中，在開關(guān)的I個(gè)周期內(nèi)，在定時(shí)控制柵極電壓，由此分別使正向電壓(Vf)和恢復(fù)損耗(Err)最小化，從而改善平衡特性。
[0059]如上所述，在公知例(現(xiàn)有技術(shù)1、現(xiàn)有技術(shù)2)中，改善正向電壓(Vf)和恢復(fù)損耗(Err)的平衡，能夠?qū)崿F(xiàn)大幅度的低損耗化。但是，本申請(qǐng)的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)了如下的問題:當(dāng)以陽極電流較小的條件評(píng)價(jià)公知例的恢復(fù)特性時(shí)，電壓和電流振動(dòng)。電壓和電流的震動(dòng)根據(jù)高溫條件而變化，在室溫條件下變得顯著。在公知例中，為了降低恢復(fù)損耗，在恢復(fù)前，降低陰極側(cè)的空穴密度，因此陰極側(cè)的耗盡層容易延伸。因此，在尾電流期間從陽極延伸的耗盡層排出殘留于陰極側(cè)的電荷，導(dǎo)致電壓和電流的振動(dòng)。關(guān)于陰極側(cè)的耗盡層容易延伸時(shí)發(fā)生電壓和電流的振動(dòng)的機(jī)理，在上述的“專利文獻(xiàn)以外的文獻(xiàn)I”中詳細(xì)地進(jìn)行了記載。
[0060]為了解決該課題，在本實(shí)施例中，根據(jù)二極管的陽極電流的大小，在恢復(fù)前，切換MOS控制二極管的柵極電壓的驅(qū)動(dòng)時(shí)序。圖5a、圖5b表示本實(shí)施例的第I柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序。圖5a是陽極電流為額定電流的時(shí)序，圖5b是陽極電流為小電流的時(shí)序。在此，小電流的定量定義較為困難，一般為額定電流的1/10以下至1/2以下程度。在額定電流時(shí)，在位于MOS控制二極管的一對(duì)橋臂的IGBT(= 二極管恢復(fù))導(dǎo)通之前，將MOS控制二極管的柵極從正電壓(電荷高注入模式)切換為負(fù)電壓(電荷低注入模式)，降低恢復(fù)損耗。另一方面，在小電流時(shí)，使MOS控制二極管的柵極保持為正電壓(電荷高注入模式)，由此使陰極側(cè)的空穴密度保持較高。
[0061]在本發(fā)明中，在小電流時(shí)，在電荷高注入模式下進(jìn)入恢復(fù)動(dòng)作，因此與電荷低注入(高速)模式相比，恢復(fù)損耗增加，但小電流的恢復(fù)損耗與大電流相比較小，因此可以忽略恢復(fù)損耗增加。也就是說，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(抑制振動(dòng))多于缺點(diǎn)(損耗增加)。
[0062 ]圖6a、圖6b表不小電流恢復(fù)時(shí)的陽極電流和陽極電壓的波形。在圖6a中，通過現(xiàn)有的MOS控制二極管的柵極驅(qū)動(dòng)方法，將柵極從正電壓(電荷高注入模式)切換為負(fù)電壓(電荷低注入模式)，在圖6b中，通過本發(fā)明的MOS控制二極管的柵極驅(qū)動(dòng)方法，使柵極保持為正電壓(電荷高注入模式)。以往，在尾電流期間，陽極電流急劇減少，在陽極電流和陽極電壓中產(chǎn)生振動(dòng)。與此相對(duì)，在本發(fā)明中，不會(huì)產(chǎn)生這樣的振動(dòng)。
[0063]圖7表示本實(shí)施例的第2柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序。在圖5a、圖5b的第I柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序中，在整個(gè)恢復(fù)期間，MOS控制二極管的柵極保持正電壓(電荷高注入模式)，與此相對(duì)，在圖7中，在陽極電壓下降(=陰極電壓上升)的定時(shí)，將柵極切換為負(fù)電壓(電荷低注入模式)。在陰極電壓高的狀態(tài)下，若向柵極電極施加負(fù)電壓，在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成ρ型反型層，則從P+型陰極層13注入空穴，抑制陽極電流和正極電壓的振動(dòng)。
[0064]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0065]另外，在本實(shí)施例中，敘述了陰極電極為位于基板背面的“縱型元件”，但在陰極電極為位于陽電極和基板表面的“橫型元件”中，效果也相同。
[0066]實(shí)施例2
[0067]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例2(無陰極側(cè)ρ層的半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0068]圖8是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第2實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例與第I實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，無P+型陰極層13。在本實(shí)施例中，導(dǎo)通時(shí)，相對(duì)于陰極電極11將柵極電極8設(shè)為正電壓，由此在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成η型累積層，抑制從ρ型陽極層3注入的空穴向陰極11排出，正向電壓(Vf)下降(=導(dǎo)通損耗降低)。此外，恢復(fù)時(shí)，相對(duì)于陰極電極11將柵極電極8設(shè)為負(fù)電壓，由此在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成ρ型反型層，促使從ρ型陽極層3注入的空穴向陰極電極11排出，降低恢復(fù)損耗。
[0069]在本實(shí)施例中，在小電流恢復(fù)時(shí)，如圖5a、圖5b所示，根據(jù)陽極電流控制MOS控制二極管的柵極電壓，由此能夠抑制陽極電壓和陽極電流的振動(dòng)。
[0070]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0071]實(shí)施例3
[0072]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例3(不是陰極側(cè)ρ層而是柵極電極向陰極電極側(cè)伸出的半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0073]圖9是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第3實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例與第2實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，陰極電極11側(cè)的柵極電極8位于η型陰極層6的表面的上方(圖的上下而言，下方向)。通過這樣的結(jié)構(gòu)，柵極電極8向深度方向覆蓋η型陰極層6，因此柵極電極8能夠容易地控制η型陰極層6的電位，能夠降低損耗、抑制振動(dòng)。
[0074]在本實(shí)施例中，在小電流恢復(fù)時(shí)，如圖5a、圖5b所示，根據(jù)陽極電流控制MOS控制二極管的柵極電壓，從而能夠抑制陽極電壓和陽極電流的振動(dòng)。
[0075]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0076]實(shí)施例4
[0077]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例4(平面型柵極的半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0078]圖10是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第4實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例與第I實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，柵極電極8不是溝槽(trench)型，而是平面型。與第I實(shí)施例同樣地，本實(shí)施例也能夠降低損耗、抑制振動(dòng)。
[0079]在本實(shí)施例中，在小電流恢復(fù)時(shí)，如圖5a、圖5b所示，與陽極電流對(duì)應(yīng)地控制MOS控制二極管的柵極電壓，由此能夠抑制陽極電壓和陽極電流的振動(dòng)。
[0080]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0081 ] 實(shí)施例5
[0082]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例5(平面型柵極型且無陰極側(cè)ρ層的半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0083]圖11是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第5實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例與第4實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，無P+型陰極層13。與第4實(shí)施例同樣地，本實(shí)施例也能夠降低損耗、抑制電壓振動(dòng)。
[0084]在本實(shí)施例中，在小電流恢復(fù)時(shí)，如圖5a、圖5b所示，根據(jù)陽極電流控制MOS控制二極管的柵極電壓，由此能夠抑制陽極電壓和陽極電流的振動(dòng)。
[0085]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0086]實(shí)施例6
[0087]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例6(IGBT半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0088]至此，以二極管為對(duì)象，討論了小電流恢復(fù)的電壓和電流的振動(dòng)抑制。通過MOS柵極控制η-型漂移層I的電荷分布并抑制振動(dòng)的原則，不僅能夠應(yīng)用于二極管，也能夠應(yīng)用于IGBT。為了抑制IGBT的集電極電壓和集電極電流的振動(dòng)，需要在耗盡層延伸的方向的集電極側(cè)(背面)設(shè)置MOS柵極。作為在IGBT的集電極側(cè)設(shè)置MOS柵極的結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)，如上所述，有專利文獻(xiàn)3、專利文獻(xiàn)4以及專利文獻(xiàn)5。但是，在這些文獻(xiàn)中，雖然著眼于降低開關(guān)損耗，但并未記載振動(dòng)。也就是說，這些文獻(xiàn)所記載的現(xiàn)有技術(shù)僅著眼于降低關(guān)斷損耗，控制MOS柵極。
[0089]圖12是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第6實(shí)施例的截面圖。集電極側(cè)(背面)的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例I的陰極側(cè)(背面)相同，與實(shí)施例1的不同點(diǎn)在于，在發(fā)射極側(cè)設(shè)有柵極電極43。本實(shí)施例由η-型漂移層1、η型集電極層6、柵極電極8、柵極絕緣膜9、絕緣膜12、ρ+型陰極層13、發(fā)射極電極40、集電極電極41、ρ型溝道層42、柵極電極43、η+型發(fā)射極層44構(gòu)成。柵極電極43控制集電極電流的通/斷，柵極電極8控制η-型漂移層I的電荷分布。
[0090]簡(jiǎn)單地說明本實(shí)施例的動(dòng)作。導(dǎo)通時(shí)(=表面的柵極電極43為正電壓時(shí))，相對(duì)于集電極電極41將柵極電極8設(shè)為負(fù)電壓，由此在柵極電極8和η型集電極層6的界面形成ρ型反型層，促使從P+型陰極層13的空穴注入，降低導(dǎo)通電壓(Vce)( =降低導(dǎo)通損耗)。
[0091]另一方面，在關(guān)斷前(=將柵極電極43從正電壓切換為零伏或負(fù)電壓前)，相對(duì)于集電極電極41將柵極電極8設(shè)為正電壓，由此在柵極電極8和η型陰極層6的界面形成η型累積層，抑制從P+型陰極層13的空穴注入，降低關(guān)斷損耗。
[0092]接著，說明本實(shí)施例的動(dòng)作細(xì)節(jié)。圖13表示導(dǎo)通時(shí)的發(fā)射極與集電極之間的空穴密度分布。若向柵極電極施加負(fù)電壓(圖中的Vg = _15V)，則與零伏(圖中的Vg = OV)相比，集電極側(cè)的空穴密度增加。這是因?yàn)樵跂艠O電極8和η型集電極層6的界面形成有ρ型反型層，促使從P+型陰極層13向η-型漂移層I的空穴注入。
[0093]若向柵極電極施加正電壓(圖中的Vg= + 15V)，則與零伏(圖中的Vg = OV)相比，集電極側(cè)的空穴密度下降。這是因?yàn)樵跂艠O電極8和η型集電極層6的界面形成有η型累積層，抑制從P+型陰極層13的空穴注入。
[0094]另外，在此使用“ρ型反型層”的用語，但柵極負(fù)電壓的絕對(duì)值并不一定要超過η型集電極層6的“閾值(絕對(duì)值)”，即使柵極負(fù)電壓的絕對(duì)值低于“閾值(絕對(duì)值)”，溝道相對(duì)于空穴的電位下降，因此空穴通過電位下降的溝道路徑，從P+型陰極層13注入到η-型漂移層
1
[0095]圖14表示向柵極8施加正電壓、零伏、負(fù)電壓時(shí)的輸出特性。若向柵極電極8施加負(fù)電壓，則(如圖13所示)集電極側(cè)的空穴密度高，因此集電極電流大(=導(dǎo)通電壓小)。若向柵極電極8施加零伏，則集電極側(cè)的空穴密度下降，集電極電流變小(=導(dǎo)通電壓變大)。若向柵極電極8施加正電壓，則集電極側(cè)的空穴密度進(jìn)一步下降，集電極電流降低(=導(dǎo)通電壓增加)。
[0096]也就是說，在本實(shí)施例中，通過柵極電極8以時(shí)間軸切換導(dǎo)通電壓小的IGBT(=關(guān)斷損耗大的IGBT)和導(dǎo)通電壓大的IGBT(=關(guān)斷損耗小的IGBT)，由此能夠分別降低導(dǎo)通損耗和接通損耗。
[0097]圖15a、圖15b表示本實(shí)施例的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序。圖15a是集電極電流為額定電流的時(shí)序，圖15b是集電極電流為小電流的時(shí)序。在此，小電流的定量定義較為困難，為額定電流的1/10以下至1/2以下。在額定電流時(shí)，在切斷發(fā)射極側(cè)(表面)的柵極電壓(=切斷IGBT的集電極電流)前，將集電極側(cè)(背面)的柵極設(shè)為正電壓，從電荷高注入模式切換為電荷低注入(高速)模式，降低關(guān)斷損耗。另一方面，在小電流時(shí)，使集電極側(cè)(背面)的柵極保持為負(fù)電壓(電荷高注入模式)，由此使集電極側(cè)的空穴密度保持較高，抑制振動(dòng)。
[0098]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0099]實(shí)施例7
[0100]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例7(背面平面型柵極型的IGBT半導(dǎo)體元件的截面結(jié)構(gòu))進(jìn)行說明。
[0101]圖16是本發(fā)明的半導(dǎo)體元件的第7實(shí)施例的截面圖。本實(shí)施例與第6實(shí)施例的不同點(diǎn)在于，柵極電極8不是溝槽型，而是平面型。與第6實(shí)施例同樣地，本實(shí)施例也能夠降低損耗、抑制振動(dòng)。
[0102]在本實(shí)施例中，在IGBT的小電流切斷時(shí)，如圖15a、圖15b所示，根據(jù)集電極電流控制集電極側(cè)(背面)的柵極電壓，由此能夠抑制集電極電壓和集電極電流的振動(dòng)。
[0103]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0104]實(shí)施例8
[0105]接著，以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例8(二極管驅(qū)動(dòng)電路)進(jìn)行說明。
[0106]本實(shí)施例為驅(qū)動(dòng)上述實(shí)施例1至實(shí)施例5的半導(dǎo)體元件(M0S控制二極管)的電路的實(shí)施例。圖17是本實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)電路的電路圖。
[0107]本實(shí)施例由控制電路20、IGBT的驅(qū)動(dòng)電路21、實(shí)施例1至實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置的驅(qū)動(dòng)電路22、上橋臂IGBT23、下橋臂IGBT24、應(yīng)用于上橋臂的實(shí)施例1至實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置25、應(yīng)用于下橋臂的實(shí)施例1至實(shí)施例5的半導(dǎo)體裝置26、電流檢測(cè)器30構(gòu)成。半導(dǎo)體裝置25和半導(dǎo)體裝置26的電路標(biāo)記表示通過柵極電極控制二極管的電阻值，是本申請(qǐng)的發(fā)明人為了方便而設(shè)計(jì)的標(biāo)記，而不是一般的標(biāo)記。
[0108]在本發(fā)明中，在恢復(fù)前，需要改變柵極電壓。但是，恢復(fù)是與IGBT的接通相伴的現(xiàn)象，因此無法獲得二極管自身何時(shí)進(jìn)入恢復(fù)。也就是說，僅考慮二極管，在恢復(fù)前，難以使二極管的柵極電壓變化。
[0109]因此，研究了如下的方案:根據(jù)逆變器的動(dòng)作，推測(cè)二極管恢復(fù)的定時(shí)，恢復(fù)前是否能夠向柵極電極施加正電壓。在接通一對(duì)橋臂(從下橋臂觀察時(shí)相當(dāng)于上橋臂、從上橋臂觀察時(shí)相當(dāng)于下橋臂)的IGBT時(shí)產(chǎn)生二極管的恢復(fù)。因此，若通過I個(gè)控制電路20控制IGBT的柵極和一對(duì)橋臂的實(shí)施例1的二極管的柵極，則在接通IGBT前(=二極管恢復(fù)前)，能夠從控制電路20使一對(duì)橋臂的二極管的柵極電壓變化。
[0110]電流檢測(cè)器30檢測(cè)流過二極管的電流，因此除了直接檢測(cè)二極管電流外，還檢測(cè)IGBT電流，由此能夠間接地檢測(cè)二極管電流。此外，通過檢測(cè)電動(dòng)機(jī)電流，能夠推定二極管電流。根據(jù)由電流檢測(cè)器30檢測(cè)出的集電極電流的大小，在控制電路20中決定選擇圖5a所示的額定電流和圖5b所示的小電流中哪個(gè)電流的柵極驅(qū)動(dòng)時(shí)序。
[0111]如上所述，通過本實(shí)施例，能夠檢測(cè)出二極管的電流，降低損耗和振動(dòng)(=噪聲)，因此能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置和使用該半導(dǎo)體裝置的電力變換器的高效率化、小型化、低成本化。
[0112]實(shí)施例9
[0113]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例9(應(yīng)用本發(fā)明的二極管的電力變換器)進(jìn)行說明。
[0114]本實(shí)施例的特征在于，在續(xù)流二極管600中應(yīng)用了在實(shí)施例1至實(shí)施例5中說明的二極管。在圖18的逆變器裝置中，應(yīng)用實(shí)施例1至實(shí)施例5的二極管，從而能夠降低二極管的損耗，實(shí)現(xiàn)逆變器的低損耗化、小型化。
[0115]實(shí)施例10
[0116]以下，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例10(應(yīng)用本發(fā)明的IGBT的電力變換器)進(jìn)行說明。
[0117]本實(shí)施例的特征在于，在IGBT700中應(yīng)用了在實(shí)施例6至實(shí)施例7中說明的IGBT。在圖18的逆變器裝置中，應(yīng)用實(shí)施例6和實(shí)施例7的IGBT，從而能夠降低二極管的損耗，實(shí)現(xiàn)逆變器的低損耗化、小型化。
[0118]另外，圖18的逆變器裝置的結(jié)構(gòu)為一例，例如，雖然是逆并聯(lián)連接開關(guān)元件和二極管的串聯(lián)組合，但是對(duì)于以與交流輸出的相數(shù)相同數(shù)量結(jié)合的逆變器裝置，效果也相同。
[0119]此外，在本實(shí)施例中雖然示出了將直流變換為交流的逆變器，但并不限定于此，很顯然對(duì)于將交流變換為直流的轉(zhuǎn)換器，也得到同樣的效果。
[0120]附圖標(biāo)記說明
[0121]In-型漂移層、3p型溝道層、6n型陰極層、8柵極電極、9柵極絕緣膜、10陽極電極、11陰極電極、12絕緣膜、13p+型陰極層、20控制電路、21IGBT驅(qū)動(dòng)電路、22 二極管驅(qū)動(dòng)電路、23上橋臂IGBT、24下橋臂IGBT、25上橋臂二極管、26下橋臂二極管、30電流檢測(cè)器、40發(fā)射極電極、41集電極電極、42p型溝道層、43柵極電極(IGBT)、44n+型發(fā)射極層、600續(xù)流二極管、700IGBT、800柵極電路、900正極側(cè)電源端子、901負(fù)極側(cè)電源端子、910U相、911V相、912W相、950電動(dòng)機(jī)、960電源。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即陽極側(cè);第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，并暴露于另一方主表面即陰極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高；以及絕緣柵極，其位于上述另一方主表面即陰極側(cè)，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為P型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。2.—種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即陽極側(cè);第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，且暴露于另一方主表面即陰極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高；絕緣柵極，其貫通上述第3半導(dǎo)體層，達(dá)到上述第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第4半導(dǎo)體層，其位于相鄰的上述絕緣柵極間，在半導(dǎo)體層內(nèi)與上述絕緣柵極相接，暴露于上述另一方主表面即陰極側(cè)；以及與上述第3半導(dǎo)體層和上述第4半導(dǎo)體層電連接的電極即陰極電極，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為P型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層，第4半導(dǎo)體層為ρ+型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持正電壓。3.—種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即陽極側(cè);第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，且暴露于另一方主表面即陰極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高;絕緣柵極，其貫通上述第3半導(dǎo)體層，達(dá)到上述第I半導(dǎo)體層；以及與上述第3半導(dǎo)體層電連接的電極即陰極電極，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為ρ型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。4.一種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即陽極側(cè);第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，且暴露于另一方主表面即陰極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高;第2導(dǎo)電型第4半導(dǎo)體層，其暴露于上述另一方主表面即陰極側(cè);絕緣柵極，其與上述第I半導(dǎo)體層相接；以及電極即陰極電極，其電連接與上述第3半導(dǎo)體層相接的上述絕緣柵極、與上述第4半導(dǎo)體層相接的上述絕緣柵極、上述第3半導(dǎo)體層和上述第4半導(dǎo)體層，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為ρ型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層，第4半導(dǎo)體層為ρ+型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。5.—種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即陽極側(cè);第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，且暴露于另一方主表面即陰極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高;絕緣柵極，其與上述第I半導(dǎo)體層相接；以及電極即陰極電極，其電連接與上述第3半導(dǎo)體層相接的上述絕緣柵極和上述第3半導(dǎo)體層，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為ρ型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 將陽極電流大小的閾值設(shè)為額定電流的1/2以下。7.—種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面;第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，且暴露于另一方主表面，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高；以及絕緣柵極，其與上述第3半導(dǎo)體層相鄰，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為P型陽極層，第3半導(dǎo)體層為η型陰極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)陽極電流的單元，在陽極電流大時(shí)，在恢復(fù)前，將上述絕緣柵極從正電壓切換為負(fù)電壓，在陽極電流小時(shí)，使上述絕緣柵極保持為正電壓。8.一種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，其特征在于， 具備: 一對(duì)直流端子， 在上述一對(duì)直流端子之間連接，分別由2個(gè)開關(guān)元件和逆極性的二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)組成，并聯(lián)電路的相互連接點(diǎn)與交流端子連接，上述二極管使用權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置具備:上述2個(gè)串聯(lián)連接的第I開關(guān)元件和第2開關(guān)元件、與上述第I開關(guān)元件并聯(lián)連接的第I 二極管、與上述第2開關(guān)元件并聯(lián)連接的第2 二極管、檢測(cè)二極管的陽極電流的電流檢測(cè)器以及控制電路，其中，該控制電路分別驅(qū)動(dòng)上述第I開關(guān)元件、上述第2開關(guān)元件、上述第I 二極管、上述第2 二極管的柵極。9.一種半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置，該半導(dǎo)體元件具備:第I導(dǎo)電型第I半導(dǎo)體層;第2導(dǎo)電型第2半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，并暴露于一方主表面即發(fā)射極側(cè);第I絕緣柵極，其設(shè)于上述一方主表面即發(fā)射極側(cè)，接通/斷開主電流即集電極電流;第I導(dǎo)電型第5半導(dǎo)體層，其位于相鄰的上述第I絕緣柵極間，在半導(dǎo)體層內(nèi)與上述絕緣柵極相接，暴露于上述一方主表面即發(fā)射極側(cè)；電極即發(fā)射極電極，其電連接上述第2半導(dǎo)體層和上述第5半導(dǎo)體層;第3半導(dǎo)體層，其與上述第I半導(dǎo)體層相鄰，為第I導(dǎo)電型，暴露于另一方主表面即集電極側(cè)，雜質(zhì)濃度比上述第I半導(dǎo)體層高；以及第2絕緣柵極，其設(shè)置在上述另一方主表面即集電極側(cè)，其中，第I半導(dǎo)體層為η-型漂移層，第2半導(dǎo)體層為ρ型溝道層，第3半導(dǎo)體層為η型集電極層，第5半導(dǎo)體層為η+型發(fā)射極層， 該半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置的特征在于， 具備用于檢測(cè)集電極電流的單元，在集電極電流大時(shí)，在切斷前，將上述第2絕緣柵極從負(fù)電壓切換為正電壓，在集電極電流小時(shí)，使上述第2絕緣柵極保持為負(fù)電壓。10.—種電力變換裝置，其特征在于， 具備:一對(duì)直流端子;數(shù)量與交流的相數(shù)相同的交流端子；以及電力變換單元，其連接至上述一對(duì)直流端子之間，分別由2個(gè)開關(guān)元件和逆極性的極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)組成，數(shù)量與并聯(lián)電路的相互連接點(diǎn)連接至不同的交流端子的交流相數(shù)相同，并且，上述二極管的驅(qū)動(dòng)裝置為權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體元件的驅(qū)動(dòng)裝置。11.一種電力變換裝置，其特征在于， 具備:一對(duì)直流端子;數(shù)量與交流的相數(shù)相同的交流端子；以及電力變換單元，其連接至上述一對(duì)直流端子之間，分別由2個(gè)開關(guān)元件和逆極性的二極管的并聯(lián)電路串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)組成，數(shù)量與并聯(lián)電路的相互連接點(diǎn)連接至不同的交流端子的交流相數(shù)相同，并且，上述開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)裝置為權(quán)利要求9所述的驅(qū)動(dòng)裝置。
【文檔編號(hào)】H01L29/739GK105940606SQ201480074434
【公開日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2014年1月31日
【發(fā)明人】橋本貴之
【申請(qǐng)人】株式會(huì)社日立制作所