DE102006043485B4 - Power semiconductor module and method for operating a power semiconductor module with at least one controllable by field effect semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor module and method for operating a power semiconductor module with at least one controllable by field effect semiconductor device Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls, mit folgenden Schritten:
– Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls, das wenigstens ein durch Feldeffekt über einen Steueranschluss (13, 23) steuerbares Halbleiterbauelement (1, 2) mit einem Halbleiterkörper (50) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (50) mittels eines Dielektrikums (5) gegenüber dem Steueranschluss (13, 23) elektrisch isoliert ist,
– Durchführen einer Schaltbetriebsphase (61), in der das steuerbare Halbleiterbauelement (1, 2) abwechselnd zwischen einem leitenden Zustand und einem sperrenden Zustand umgeschalten wird, wobei das Aufsteuern des Halbleiterbauelements durch Anlegen einer ersten Spannung (UGS1) an den Steueranschluss (13, 23) erfolgt,
– Injizieren von Elektronen in das Dielektrikum (5) während einer Injektionsbetriebsphase (62), in der dem Steueranschluss (13, 23) eine zweite Spannung (UGS2) zugeführt wird, die höher ist, als die erste Spannung (UGS1), so dass eine in dem Gate-Dielektrikum durch Strahlung ionisierender Teilchen erzeugte positive Gesamtladung reduziert oder vollständig abgebaut wird.
Method for operating a power semiconductor module, comprising the following steps:
Providing a power semiconductor module which has at least one semiconductor component (1, 2) with a semiconductor body (50) which can be controlled by field effect via a control terminal (13, 23), the semiconductor body (50) being connected to the control terminal (13) by means of a dielectric (5) , 23) is electrically isolated,
- Performing a switching operation phase (61), in which the controllable semiconductor component (1, 2) is alternately switched between a conductive state and a blocking state, wherein the driving of the semiconductor device by applying a first voltage (U GS1 ) to the control terminal (13, 23),
- injecting electrons into the dielectric (5) during an injection operating phase (62) in which the control terminal (13, 23) is supplied with a second voltage (U GS2 ) which is higher than the first voltage (U GS1 ) that a positive total charge generated in the gate dielectric by radiation of ionizing particles is reduced or completely degraded.

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Description

Die Erfindung betrifft Leistungshalbleitermodule mit einem oder mehreren durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementen. Solche Halbleiterbauelemente weisen einen Steueranschluss auf, sowie eine anzusteuernde Halbleiterzone, die mittels eines Dielektrikums gegenüber dem Steueranschluss elektrisch isoliert ist. Das Dielektrikum wird üblicherweise auch als Gate-Dielektrikum bezeichnet.The The invention relates to power semiconductor modules having one or more field effect controllable semiconductor devices. Such semiconductor devices have a control connection, as well as a semiconductor zone to be controlled, the by means of a dielectric to the control terminal electrically is isolated. The dielectric is usually also used as a gate dielectric designated.

Infolge eines elektrischen Potenzials des Steueranschlusses bildet sich ein von diesem ausgehendes elektrisches Feld aus, das durch das Gate-Dielektrikum hindurchreicht und die elektrische Leitfähigkeit der anzusteuernden Halbleiterzone beeinflusst. Durch Veränderung des elektrischen Potenzials des Steueranschlusses lässt sich die Leitfähigkeit der anzusteuernden Halbleiterzone gezielt beeinflussen.As a result an electrical potential of the control terminal is formed an outgoing from this electric field, through the gate dielectric passes through and the electrical conductivity of the to be controlled Semiconductor zone influenced. By changing the electrical potential of the control terminal leaves the conductivity selectively influence the semiconductor zone to be triggered.

Unter bestimmten Einsatzbedingungen kann es beim Betrieb derartiger Halbleiterbauelemente zu einer positiven Aufladung des Gate-Dielektrikums des Halbleiterbauelements kommen.Under certain operating conditions, it may be in the operation of such semiconductor devices to a positive charge of the gate dielectric of the semiconductor device come.

Ursache hierfür kann beispielsweise ionisierende Strahlung sein, wie sie in Kernkraftwerken, Krankenhäusern oder im Weltraum verstärkt auftritt. Durch die ionisierende Strahlung werden in dem Dielektrikum Elektron-Loch-Paare erzeugt. Während die Elektronen infolge ihrer verhältnismäßig hohen Beweglichkeit das Gate-Dielektrikum fast instantan verlassen, wird ein signifikanter Anteil der Löcher von Störstellen des Gate-Dielektrikums eingefangen und verbleibt dort, so dass sich das Gate-Dielektrikum positiv auflädt.reason therefor can be, for example, ionizing radiation, as in nuclear power plants, hospitals or reinforced in space occurs. By the ionizing radiation are in the dielectric Electron-hole pairs generated. While the electrons due to their relatively high mobility Leaving gate dielectric almost instantaneously becomes a significant one Proportion of holes of impurities of the gate dielectric captured and remains there, so that the gate dielectric positively charged.

Diese Aufladung bewirkt eine Verschiebung der Einsatzspannung des Halbleiterbauelements. Als Einsatzspannung wird dabei die Spannung verstanden, die an den Steueranschluss anzulegen ist, damit die anzusteuernde Halbleiterzone eine bestimmte Mindestleitfähigkeit aufweist. Die Mindestleitfähigkeit kann beispielsweise durch einen vorgegebenen Drain-Source-Schwellstrom, z. B. 1 mA, in Verbindung mit einer vorgegebenen Drain-Source-Spannung, z. B. 10 V, eingestellt werden.These Charging causes a shift in the threshold voltage of the semiconductor device. As a threshold voltage is understood to mean the voltage at the Control connection is created so that the semiconductor zone to be controlled a certain minimum conductivity having. The minimum conductivity can for example, by a given drain-source threshold current, z. 1 mA, in conjunction with a given drain-source voltage, z. B. 10 V, can be adjusted.

Eine positive Aufladung des Gate-Dielektrikums bewirkt bei n-Kanal Halbleiterbauelementen ein Absinken, bei p-Kanal Halbleiterbauelementen ein Ansteigen der Einsatzspannung. Daher kann es bei n-Kanal Halbleiterbauelementen im Extremfall sogar zu einem unerwünschten Aufsteuern des Halbleiterbauelements kommen.A positive charging of the gate dielectric causes n-channel semiconductor devices Decrease, with p-channel semiconductor devices an increase in the threshold voltage. Therefore, with n-channel semiconductor devices, in extreme cases, even to an undesirable Aufsteuern the semiconductor device come.

Zwar ist es möglich, eine derartige positive Aufladung durch eine Wärmebehandlung des Bauelements rückgängig zu machen, allerdings ist dieses Verfahren wegen der dazu erforderlichen hohen Temperaturen von etwa 500°C nicht praktikabel, da es bei den erforderlichen Temperaturen auch zu einer Änderung von anderen Eigenschaften des Halbleiterbauelements kommen kann.Though Is it possible, such a positive charge by a heat treatment of the device to reverse However, this procedure is because of the required high temperatures of about 500 ° C not practical, as it is at the required temperatures too to a change may come from other properties of the semiconductor device.

Aus C. Picard, C. Brisset, O. Quittard und A. Hoffmann: "Radiation Hardening of Power MOSFETs using Electrical Stress", IEEE Transac. an Nucl. Sc., Vol. 47, No. 3, (2000) pp. 641–646 ist es bekannt, dass die Injektion von Elektronen in das Gate-Oxid eines MOSFETs durch einen Fowler-Nordheim-Tunnelmechanismus die Einsatzspannung des MOSFETs erhöht. In dieser Veröffentlichung wurde zur Strahlungshärtung die Anhebung der Einsatzspannung eines MOSFETs durch eine einmalige Elektroneninjektion in das Gate-Oxid vorgeschlagen. Diese Maßnahme hat den Nachteil, dass sich die Rate der Abnahme der Einsatzspannung mit der Strahlungsdosis nicht wesentlich verringert und sich die Strahlungshärte dadurch nicht grundlegend verbessert.Out C. Picard, C. Brisset, O. Quittard and A. Hoffmann: "Radiation Hardening of Power MOSFETs using Electrical Stress, IEEE Transac., Nucl. Sc., Vol. No. 3, (2000) pp. 641-646 It is known that the injection of electrons into the gate oxide of a MOSFET through a Fowler-Nordheim tunnel mechanism the strike voltage of the MOSFET increases. In this publication became radiation hardening raising the threshold voltage of a MOSFET by a one-off Electron injection into the gate oxide proposed. This measure has the disadvantage that the rate of decrease of the threshold voltage with the radiation dose is not significantly reduced and the radiation hardness not fundamentally improved.

Aus der US 6548839 B1 ist es bekannt, dass bei LDMOS-Transistoren unter bestimmten Bedingungen heiße Elektronen auftreten, die eine Verringerung der Einsatzspannung des Transistors bewirken.From the US 6548839 B1 It is known that LDMOS transistors under certain conditions hot electrons occur, causing a reduction in the threshold voltage of the transistor.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls bereitzustellen, mit dem eine unerwünscht hohe positive Gesamtladung im Gate-Dielektrikum eines durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements des Leistungshalbleitermoduls reduziert oder abgebaut werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines derartigen Leistungshalbleitermoduls zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The The object of the present invention is a method to provide for the operation of a power semiconductor module, with the one undesirable high overall positive charge in the gate dielectric of a field effect controllable semiconductor device of the power semiconductor module can be reduced or reduced. Another object of the invention consists in the provision of such a power semiconductor module for execution of such a procedure.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß den Patenansprüchen 1 und 23 sowie durch ein Leistungshalbleitermodul gemäß Patentanspruch 25 gelöst.These The object is achieved by methods according to the patent claims 1 and 23 and solved by a power semiconductor module according to claim 25.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Leistungshalbleitermodul bereitgestellt, das wenigstens ein durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement aufweist. Bei dem Halbleiterbauelement kann es sich um ein beliebiges durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement, insbesondere um einen MOSFET oder einen IGBT handeln.According to the invention a first Power semiconductor module provided, the at least one through Field effect controllable semiconductor device has. In the semiconductor device it may be any field effect controllable semiconductor device, in particular to act a MOSFET or an IGBT.

Das steuerbare Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper, sowie einen Steueranschluss zur Ansteuerung des Halbleiterbauelements, der mittels eines Gate-Dielektrikums, beispielsweise mittels eines Halbleiteroxids wie z. B. Siliziumdioxid, gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert ist.The controllable semiconductor device comprises a semiconductor body, as well a control terminal for driving the semiconductor device, the by means of a gate dielectric, for example by means of a semiconductor oxide such as As silica, compared the semiconductor body is electrically isolated.

Das Leistungshalbleitermodul und/oder das steuerbare Halbleiterbauelement werden regulär in einer Schaltbetriebsphase betrieben, in der das steuerbare Halbleiterbauelement abwechselnd zwischen einem leitenden Zustand und einem Sperrzustand umgeschaltet wird. Die Schaltbetriebsphase kann beispielsweise einem herkömmlichen Umrichterbetrieb entsprechen.The Power semiconductor module and / or the controllable semiconductor component become regular operated in a Schaltbetriebsphase in which the controllable semiconductor device alternately switched between a conductive state and a blocking state becomes. The Schaltbetriebsphase can, for example, a conventional Inverter operation correspond.

Zusätzlich zur Schaltbetriebsphase ist eine Injektionsbetriebsphase vorgesehen, während der Elektronen in das Gate-Dielektrikum injiziert werden. Die injizierten Elektronen rekombinieren mit den positiven Landungen (den "Löchern") an de ren Haftstellen, so dass die in dem Gate-Dielektrikum vorhandene positive Gesamtladung reduziert oder vollständig abgebaut wird.In addition to Schaltbetriebsphase an injection operating phase is provided while the electrons in the gate dielectric be injected. The injected electrons recombine with the positive landings (the "holes") at their detention centers, such that the positive total charge present in the gate dielectric reduced or completely degraded becomes.

Die in einem Gate-Dielektrikum gespeicherte Ladung beträgt typischer Weise einige nC. Die injizierte Ladung muss allerdings deutlich größer sein, bevorzugte Werte hierfür liegen im Bereich von 6 μC und 6 mC, entsprechend einem über einen Zeitraum von 1 Minute bis 10 Minuten zugeführten Injektionsstrom von 0,1 μA–10 μA.The Charge stored in a gate dielectric is more typical Way some nC. The injected charge, however, must be clear be bigger, preferred Values for this are in the range of 6 μC and 6 mC, corresponding to one over a period of 1 minute to 10 minutes supplied injection current of 0.1 uA-10 uA.

Die Schaltbetriebsphase und die Injektionsbetriebsphase können parallel zueinander durchgeführt werden, vorzugsweise wird jedoch die Schaltbetriebsphase während der Injektionsbetriebsphase unterbrochen. Anstelle einer Unterbrechung der Schaltbetriebsphase kann auch eine anderweitig bedingte Pause in der Schaltbetriebsphase für die Durchführung eines Injektionsbetriebs genutzt werden.The Switching operation phase and the injection operating phase can be parallel performed to each other However, preferably the Schaltbetriebsphase during the Injection operating phase interrupted. Instead of an interruption the Schaltbetriebsphase may also be otherwise conditional break in the switching operation phase for the implementation an injection operation are used.

Das Injizieren von Elektronen erfolgt bevorzugt mittels eines Injektionsstromes, der durch ein elektrisches Feld im Gate-Dielektrikum generiert wird, welches sich infolge einer an dem Gate-Dielektrikum abfallenden Spannung im Gate-Dielektrikum ausbildet. Die Injektionsstromdichte im Gate-Dielektrikum beträgt dabei vorzugsweise 0,1 μA/cm2 bis 10 μA/cm2.The injection of electrons is preferably carried out by means of an injection current which is generated by an electric field in the gate dielectric, which forms as a result of a voltage drop across the gate dielectric in the gate dielectric. The injection current density in the gate dielectric is preferably 0.1 μA / cm 2 to 10 μA / cm 2 .

Die Stärke dieses elektrischen Feldes im Gate-Dielektrikum ist vorzugsweise größer oder gleich 7 MV/cm auf. Besonders bevorzugt ist das elektrische Feld so gewählt, dass sich im Gate-Dielektrikum ein vorzugsweise konstant gehaltener Fowler-Nordheim-Tunnelstrom ausbildet. Der Tunnelstrom beträgt bevorzugt zwischen 0,1 μA/cm2 und 10 μA/cm2.The strength of this electric field in the gate dielectric is preferably greater than or equal to 7 MV / cm. Particularly preferably, the electric field is selected such that a preferably constant Fowler-Nordheim tunnel current is formed in the gate dielectric. The tunnel current is preferably between 0.1 μA / cm 2 and 10 μA / cm 2 .

Die Häufigkeit, mit der eine solche Injektion von Elektronen vorgenommen werden soll, um die Ausbildung einer unerwünscht hohen positiven Gesamtladung im Gate-Dielektrikum zu verhindern, hängt insbesondere von der Intensität der Strahlung io nisierender Teilchen ab und kann bei typischen Anwendungen derartiger Halbleiterbauelemente im Bereich von einigen Wochen oder mehreren Monaten liegen.The Frequency, with which such an injection of electrons are made intended to training an undesirably high overall positive charge in the gate dielectric depends in particular on the intensity of the radiation io nisierender Particles and can in typical applications of such semiconductor devices in the range of a few weeks or several months.

Der Injektionsstrom kann durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Steueranschluss einerseits und den Halbleiterkörper andererseits bewirkt werden.Of the Injection current can be applied by applying an electrical voltage the control terminal on the one hand and the semiconductor body on the other be effected.

Das Anlegen der elektrischen Spannung am Halbleiterkörper kann insbesondere im Bereich der anzusteuernden Halbleiterzone, eines n-Emitters, einer Body-Zone, einer Drift-Zone, einer Feldstoppzone oder eines p-Emitters an den Halbleiterkörper erfolgen.The Applying the electrical voltage to the semiconductor body can in particular in the field the semiconductor zone to be controlled, an n-type emitter, a body zone, a drift zone, a field stop zone or a p-emitter to the Semiconductor body respectively.

Optional kann das Anlegen der elektrischen Spannung auch mittels eines separaten Anschlusses erfolgen, der an einem der voranstehend genannten Bereiche des Halbleiterkörpers angeschlossen ist und der vorzugsweise aus einem Gehäuse des Halbleiterbauelements herausgeführt ist.optional can the application of electrical voltage also by means of a separate Connection made at one of the above areas of the semiconductor body is connected and preferably from a housing of the Led out semiconductor device is.

Dabei ist die Polarität der am Gate-Dielektrikum anliegenden elektrischen Spannung für eine erfolgreiche Injektion von Elektronen grundsätzlich unerheblich. Allerdings sind im Übergangsbereich des Gate-Dielektrikums zum Halbleiterkörper Rekombinationsstellen für freie Ladungsträger ("Traps") lokalisiert, welche Elektronen binden können. Daher ist eine positive Spannung der Gate-Elektrode vorzuziehen, um eine Elektroneninjektion aus dem Substrat in das Gate-Dielektrikum zu bewirken und die dortigen Traps zu füllen. Abgesehen davon würde eine Elektroneninjektion aus der Gate-Elektrode rasch zur Zerstörung des Gate-Dielektrikums führen.there is the polarity the voltage applied to the gate dielectric for a successful Injection of electrons in principle irrelevant. However, in the transition area of the gate dielectric to the semiconductor body recombination sites for free charge carrier ("Traps") located which Can bind electrons. Therefore, a positive voltage is preferable to the gate electrode, to electron injection from the substrate into the gate dielectric to effect and fill the traps there. Apart from that, one would Electron injection from the gate electrode rapidly destroys the Lead gate dielectric.

In Abhängigkeit von der Wahl der Stelle, an die die Spannung an den Halbleiterkörper angelegt wird, und/oder in Abhängigkeit von einer äußeren Beschaltung des Halbleiterbauelements, können sich bei bestimmten Polaritäten schaltungstechnische Vorteile ergeben.In dependence the choice of the location where the voltage is applied to the semiconductor body, and / or depending from an external circuit of the semiconductor device at certain polarities circuit advantages.

Beispielsweise kann eine Spannung zur Erzeugung des Injektionsstromes mit der gleichen Polarität an die gleichen Anschlusspunkte des Halbleiterbauelements angeschlossen werden wie die im normalen Schaltbetrieb zum Aufsteuern des Halbleiterbauelements in den leitenden Zustand verwendete Spannung.For example can be a voltage to generate the injection current with the same polarity connected to the same connection points of the semiconductor device be like the normal switching operation for aufsteuern of the semiconductor device voltage used in the conducting state.

Entscheidend dabei ist, dass im Gate-Dielektrikum infolge der angelegten Spannung ein elektrisches Feld entsteht, das einen Injektionsstrom bewirkt, durch den Elektronen in das Gate-Dielektrikum injiziert werden. Dieses elektrische Feld zur Erzeugung eines Injektionsstromes weist eine Feldstärke auf, die höher ist als die Feldstärke des elektrischen Feldes, welches sich während der Schaltbetriebsphase aufgrund einer zum Aufsteuern des Halbleiterbauelements in den leitenden Zustand verwendeten Spannung im Dielektrikum etabliert.What matters is that an electric field is created in the gate dielectric due to the applied voltage, causing an injection current through which electrons are injected into the gate dielectric. This electric field for generating an injection current has a field strength which is higher than the field strength of the electric field, which during the Schaltbetriebsphase due to a for controlling the semiconductor established in the conductive state voltage used in the dielectric.

Sofern das durch Feldeffekt steuerbare Halbleiterbauelement eine Body-Zone, eine Drift-Zone, eine Feldstoppzone oder einen p-Emitter aufweist, kann die Spannung zur Erzeugung eines Injektionsstromes auch an den Steueranschluss einerseits und an die Body-Zone, die Drift-Zone, die Feldstoppzone bzw. den p-Emitter andererseits angelegt werden.Provided the field effect controllable semiconductor device a body zone, a drift zone, a field stop zone or a p-emitter may the voltage for generating an injection current also to the control terminal on the one hand and to the body zone, the drift zone, the field stop zone or the p-emitter on the other hand be created.

Im Fall eines n-Kanal Bauelements, erfolgt das Anlegen der elektrischen Spannung zum Injizieren von Elektronen vorzugsweise derart, so dass die Gate-Elektrode auf ein höheres elektrisches Potential gelegt wird als der externe Anschluss der Body-Zone.in the Case of an n-channel device, the application of the electrical Voltage for injecting electrons, preferably such that the gate electrode to a higher one electrical potential is placed as the external connection of the Body zone.

Das Verfahren hat den Vorteil, dass es auf einfache Weise in den normalen Betrieb eines solchen Halbleiterbauelements integriert werden kann. In jedem Fall werden dabei wiederholt Elektronen in das Gate-Dielektrikum des Halbleiterbauelements injiziert.The Procedure has the advantage that it is easy to normal Operation of such a semiconductor device can be integrated. In In each case, electrons are repeatedly injected into the gate dielectric of the semiconductor device injected.

Im einfachsten Fall kann das Injizieren von Elektronen in bestimmten zeitlichen – vorzugsweise äquidistanten – Intervallen vorgenommen werden. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Zeit bekannt ist, nach der die positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums einen vorgegebenen maximal zulässigen Wert überschreiten wird. Erfolgt eine ausreichend starke Injektion von Elektronen vor Ablauf dieser Aufladezeit und damit vor Erreichen einer unzulässig hohen positiven Gesamtladung des Gate-Dielektrikums, so kann ein ungewolltes Aufschalten der Laststrecke des steuerbaren Halbleiterbauelements vermieden werden.in the The simplest case is the injection of electrons into certain temporal - preferably equidistant - intervals be made. This is useful, for example, if the time is known after the positive total charge of the gate dielectric a predetermined maximum allowable Exceed value becomes. If there is a sufficiently strong injection of electrons Expiration of this charging time and thus before reaching an inadmissibly high positive total charge of the gate dielectric, so may be an unintentional Connecting the load path of the controllable semiconductor device be avoided.

Das Injizieren von Elektronen wird vorzugsweise erst dann vorgenommen, wenn zuvor eine Veränderung der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements festgestellt wurde. Dazu muss die Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements in vorgegebenen, vorzugsweise äquidistanten zeitlichen Intervallen überwacht werden.The Injecting electrons is preferably done only then if before a change the threshold voltage of the controllable semiconductor device detected has been. For this purpose, the threshold voltage of the controllable semiconductor device in predetermined, preferably equidistant monitored over time intervals become.

Eine Veränderung – insbesondere ein Absinken – der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements kann beispielsweise durch Vergleich der Einsatzspannung mit einer vorangehend ermittelten Einsatzspannung oder durch Vergleich des Wertes einer sich korrespondierend mit der Einsatzspannung verändernden Größe mit einem vorangehend ermittelten Wert dieser Größe ermittelt werden.A Change - in particular a sinking - the Tail voltage of the controllable semiconductor device can, for example by comparing the threshold voltage with a previously determined Threshold voltage or by comparing the value of a corresponding with the threshold voltage changing Size with one previously determined value of this size are determined.

Ebenso kann die Feststellung einer Veränderung – insbesondere eines Absinkens – der Einsatzspannung durch Vergleich der Einsatzspannung mit einem vorgegebenen Wert der Einsatzspannung oder durch Vergleich des Wertes einer sich korrespondierend mit der Einsatzspannung verändernden Größe mit einem vorgegebenen Wert dieser Größe erfolgen.As well may be the finding of a change - especially a sinking - the Tension by comparing the threshold voltage with a given Value of the threshold voltage or by comparing the value of a Corresponding to the threshold voltage changing size with a predetermined value of this size.

Bevorzugt wird eine Veränderung der Einsatzspannung dadurch festgestellt, dass dem Steueranschluss des steuerbaren Halbleiterbauelements eine vorgegebene Spannung angelegt und ein sich daraus ergebender Laststrom des steuerbaren Halbleiterbauelements ermittelt wird.Prefers becomes a change the breakdown voltage thereby determined that the control terminal the controllable semiconductor device a predetermined voltage applied and a resulting load current of the controllable Semiconductor device is determined.

Der Laststrom kann durch den Spannungsabfall an einem in den Lastkreis des steuerbaren Halbleiterbauelementes geschalteten Messwiderstand ermittelt werden.Of the Load current can be due to the voltage drop at one in the load circuit the controllable semiconductor device connected measuring resistor be determined.

Wie bereits eingangs erläutert, ist eine positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums eines durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelements insbesondere bei n-Kanal Halbleiterbauelementen als kritisch anzusehen, da es infolge eines Absinkens von dessen Einsatzspannung im Extremfall zu einem unerwünschten Aufsteuern des Halbleiterbauelements kommen kann.As already explained at the beginning, is a positive total charge of the gate dielectric through Field effect controllable semiconductor device, in particular at n-channel Semiconductor devices considered to be critical, since it due to a Falling of its threshold voltage in an extreme case to an undesirable Aufsteuern the semiconductor device can come.

Ein Ansteigen der Einsatzspannung ist hingegen als weitaus weniger kritisch anzusehen. Daher wird bei n-Kanal Bauelementen eine Injektion von Elektronen in das Gate-Dielektrikum vorzugsweise dann vorgenommen, wenn zuvor ein Absinken der Einsatzspannung des n-Kanal Bauelements festgestellt wurde, z. B. dann, wenn zuvor festgestellt wurde, dass die aktuell ermittelte Einsatzspannung einen vorgegebenen Wert unterschritten hat.One Increasing the threshold voltage, however, is far less critical to watch. Therefore, in n-channel devices, an injection of electrons preferably made in the gate dielectric, if before a drop in the threshold voltage of the n-channel device found was, z. B. if it was previously determined that the current determined threshold voltage falls below a predetermined value Has.

Das Absinken der aktuellen Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements kann dadurch ermittelt werden, dass an die Gate-Elektrode eine vorgegebene Spannung angelegt und ein sich daraus ergebener Laststrom des steuerbaren Halbleiterbauelements gemessen und mit einem vorgegebenen Soll-Laststrom des steuerbaren Halbleiterbauelements verglichen wird. Die Ermittlung des Laststroms kann z. B. durch Messung des Spannungsabfalls an einem in den Lastkreis des steuerbaren Halbleiterbauelements geschalteten Messwiderstand erfolgen.The Decrease of the current threshold voltage of the controllable semiconductor device can be determined by the fact that to the gate electrode a predetermined Voltage applied and a resulting load current of the controllable semiconductor device measured and with a predetermined target load current of the controllable Semiconductor device is compared. The determination of the load current can z. B. by measuring the voltage drop at one in the load circuit the controllable semiconductor device connected measuring resistor respectively.

Entsprechend kann der Injektionsstrom durch Messung des Spannungsabfalls bestimmt werden, den dieser Injektionsstrom an einem anderen Messwiderstand erzeugt.Corresponding the injection current can be determined by measuring the voltage drop This injecting current is applied to another measuring resistor generated.

Durch Feldeffekt steuerbare Halbleiterbauelemente der genannten Art werden häufig in Leistungshalbleitermodule integriert. Solche Leistungshalbleitermodule können erfindungsgemäß auch eine oder mehrere Kontrollschaltungen zur Injektion von Elektronen in die Gate-Dielektrika eines oder mehrerer der steuerbaren Halbleiterbauelemente des Leistungshalbleitermoduls aufweisen. Mittels einer derartigen Kontrollschaltung kann eines der voran stehend genannten Verfahren auf einfache Weise realisiert werden.Field effect controllable semiconductor devices of the type mentioned are often integrated into power semiconductor modules. Such power semiconductor modules according to the invention can also be one or more control circuits for injection of electrons in the gate dielectrics of one or more of the controllable semiconductor components of the power semiconductor module. By means of such a control circuit, one of the aforementioned methods can be realized in a simple manner.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren näher erläutert. Es zeigen:The Invention will now be described with reference to exemplary embodiments with reference closer to figures explained. Show it:

1 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines vertikalen n-Kanal IGBTs mit einem eine positive Gesamtladung aufweisenden Gate-Dielektrikum, wobei zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode eine elektrische Spannung zur Erzeugung eines Injektionsstromes anlegbar ist, 1 a cross-section through a portion of a vertical n-channel IGBTs having a total positive charge gate dielectric, wherein between the gate electrode and the source electrode, an electrical voltage for generating an injection current can be applied,

2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines n-Kanal IGBTs mit einem separaten Anschluss zur Zuführung eines Injektionsstromes, dessen Anschlusspunkt am Halbleiterkörper im Bereich einer in der Body-Zone ausgebildeten, p-dotierten Wanne gewählt ist, 2 a cross-section through a portion of an n-channel IGBT with a separate connection for supplying an injection current whose connection point is selected on the semiconductor body in the region of a formed in the body zone, p-doped tub,

3 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls, das eine Halbbrücke aus zwei n-Kanal IGBTs sowie eine Kontrollschaltung zur Erzeugung eines vorgegebenen, über die Gate-Elektrode einzuspeisenden Injektionsstromes aufweist, 3 a circuit diagram of a semiconductor module, which has a half-bridge of two n-channel IGBTs and a control circuit for generating a predetermined, to be fed via the gate electrode injection current,

4 ein Beispiel für einen möglichen zeitlichen Verlauf der Gate-Source-Spannung eines n-Kanal IGBTs gemäß den 1 bis 3 während einer Injektionsbetriebsphase, und 4 an example of a possible time course of the gate-source voltage of an n-channel IGBT according to the 1 to 3 during an injection operating phase, and

5 ein Schaltbild eines Halbleitermoduls, das eine Halbbrücke aus zwei n-Kanal IGBTs sowie eine Kontrollschaltung zur Erzeugung eines vorgegebenen, über die Gate-Elektrode einzuspeisenden Injektionsstromes aufweist, wobei jeder der IGBTs einen separaten externen Anschluss zum Einspeisen eines Injektionsstromes in das Gate-Dielektrikum aufweist. 5 a circuit diagram of a semiconductor module having a half-bridge of two n-channel IGBTs and a control circuit for generating a predetermined, to be fed via the gate electrode injection current, wherein each of the IGBTs has a separate external terminal for injecting an injection current into the gate dielectric.

In den Figuren bezeichnen – sofern nicht anders angegeben – gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente mit gleicher Funktion.In denote the figures - if not stated otherwise - same Reference numerals like elements with the same function.

1 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines vertikalen n-Kanal IGBTs 1. Der IGBT 1 umfasst einen Halbleiterkörper 50 mit einem p-Emitter 55, einer optionalen Feldstoppzone 54, einer Driftzone 53, einer Body-Zone 52 sowie mit n-Emittern bzw. mit einem n-Source-Gebiet 51. Auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers 50 sind Gate-Dielektrika 5 angeordnet, welche Gate-Elektroden 6 gegenüber dem Halbleiterkörper 50 elektrisch isolieren. 1 shows a cross section through a portion of a vertical n-channel IGBT 1 , The IGBT 1 comprises a semiconductor body 50 with a p-emitter 55 , an optional field stop zone 54 , a drift zone 53 , a body zone 52 as well as with n-emitters or with an n-source area 51 , On the front of the semiconductor body 50 are gate dielectrics 5 arranged, which gate electrodes 6 opposite to the semiconductor body 50 electrically isolate.

Des Weiteren sind auf der Vorderseite des Halbleiterkörpers 50 eine Source-Elektrode 7 sowie auf der Rückseite des Halbleiterkörpers 50 eine Drain-Elektrode 8 angeordnet. Die Gate-Elektrode 6, die Source-Elektrode 7 und die Drain-Elektrode 8 können beispielsweise aus Aluminium oder Polysilizium gebildet sein oder diese Materialien enthalten. Die Source-Elektrode 7 kontaktiert sowohl die Source-Zone 51 als auch die Body-Zone 52 an der Oberfläche des Halbleiterkörpers 50 und schließt diese kurz. Zur äußeren Beschaltung weist der IGBT 1 einen ersten Lastanschluss 11 (S = Source), einen zweiten Lastanschluss 12 (D = Drain) sowie einen Steueranschluss 13 (G = Gate) auf.Furthermore, on the front side of the semiconductor body 50 a source electrode 7 and on the back of the semiconductor body 50 a drain electrode 8th arranged. The gate electrode 6 , the source electrode 7 and the drain electrode 8th For example, they may be formed of aluminum or polysilicon or contain these materials. The source electrode 7 contacts both the source zone 51 as well as the body zone 52 on the surface of the semiconductor body 50 and close this short. For external wiring, the IGBT 1 a first load connection 11 (S = source), a second load connection 12 (D = drain) and a control terminal 13 (G = gate).

Das Gate-Dielektrikum 5 weist eine unerwünschte positive Gesamtladung auf, welche die Einsatzspannung des IGBTs 1 in unerwünschter Weise herabsetzt.The gate dielectric 5 has an undesirable total positive charge which is the threshold voltage of the IGBT 1 undesirably degrades.

Um einen solchen im Gate-Dielektrikum 5 befindlichen positiven Ladungsüberschuss ganz oder teilweise abzubauen, ist eine Spannungsquelle 9 vorgesehen. Die von dieser Spannungsquelle 9 bereitgestellte elektrische Spannung kann mittels eines Schalters 10 einerseits an den Steueranschluss 13 und andererseits an den ersten Lastanschluss 11 angelegt werden. Hierdurch entsteht ein Injektionsstrom, durch den dem Gate-Dielektrikum 5 Elektronen zugeführt werden, die die positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums 5 ganz oder teilweise ausgleichen und somit ein weiteres Absinken der Einsatzspannung des IGBTs 1 verhindern.To such in the gate dielectric 5 is a source of voltage completely or partially dissipate positive charge surplus 9 intended. The from this voltage source 9 provided electrical voltage can by means of a switch 10 on the one hand to the control terminal 13 and, on the other hand, to the first load port 11 be created. This creates an injection current through which the gate dielectric 5 Electrons are supplied, which are the total positive charge of the gate dielectric 5 compensate in whole or in part, and thus a further drop in the threshold voltage of the IGBTs 1 prevent.

Die Funktion des Schalters 10 wird vorzugsweise mittels einer nicht dargestellten Kontrollschaltung für den IGBT 1 realisiert. Die Position des Schalters 10 kann an beliebiger Stelle gewählt werden. Entscheidend ist, dass infolge der Betätigung des Schalters 10 ein Injektionsstrom erzeugt wird, durch den Elektronen in das Gate-Dielektrikum 5 eingebracht werden.The function of the switch 10 is preferably by means of a control circuit, not shown for the IGBT 1 realized. The position of the switch 10 can be chosen anywhere. It is crucial that as a result of the operation of the switch 10 An injection current is generated by the electrons in the gate dielectric 5 be introduced.

2 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines IGBT 1 mit einem externen Anschluss 14, der aus einem nur schematisch dargestellten Gehäuse 1a des IGBT 1 herausgeführt und über eine Metallisierung 70 einer im Bereich der Body-Zone 52 ausgebildeten, p-dotierten Anschlusszone 56 mit dem Halbleiterkörper 50 verbunden ist. Die Anschlusszone 56 ist vom gleichen Leitungstyp wie die Bodyzone 52, vorzugsweise jedoch stärker als diese dotiert. 2 shows a cross section through a portion of an IGBT 1 with an external connection 14 , which consists of a housing only schematically illustrated 1a of the IGBT 1 led out and over a metallization 70 one in the area of the body zone 52 trained, p-doped junction zone 56 with the semiconductor body 50 connected is. The connection zone 56 is of the same conductivity type as the bodyzone 52 , but preferably doped more strongly than these.

Die Source-Elektrode 7 kontaktiert die Source-Zone 51, nicht jedoch die Body-Zone 52, so dass die Source-Zone 51 und die Body-Zone 52 im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 nicht durch die Source-Elektrode 7 kurzgeschlossen sind.The source electrode 7 contacts the source zone 51 but not the body zone 52 so that the source zone 51 and the body zone 52 in contrast to the embodiment according to 1 not through the source electrode 7 are shorted.

Ebenso wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 kann auch bei dieser Anordnung mittels eines Schalters 10 die Spannung einer Spannungsquelle 9 an den Steueranschluss 13 einerseits und an den externen Anschluss 14 andererseits angelegt werden.As in the embodiment according to 1 can also with this arrangement by means of a switch 10 the voltage of a voltage source 9 to the control terminal 13 on the one hand and to the external connection 14 on the other hand.

Die Polarität der Spannungsquelle 9 ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung so gewählt, dass die Gate-Elektrode 6 eine gegenüber dem Halbleiterkörper 50, insbesondere gegenüber der Anschlusszone 56, positive Spannung aufweist. Grundsätzlich kann die Polarität der Spannungsquelle 9 jedoch sowohl bei diesem als auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 auch umgekehrt gewählt werden.The polarity of the voltage source 9 is selected according to a preferred embodiment of the invention so that the gate electrode 6 one opposite the semiconductor body 50 , in particular with respect to the connection zone 56 , has positive voltage. Basically, the polarity of the voltage source 9 however, both in this and in the embodiment according to 1 also be chosen vice versa.

3 zeigt das Schaltbild eines Leistungshalbleitermoduls mit einem ersten durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelement 1 und einem zweiten durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelement 2. Das Halbleiterbauelement 1 weist einen ersten Lastanschluss 11, einen zweiten Lastanschluss 12 sowie einen Steueranschluss 13 auf. Entsprechend weist das zweite Halbleiterbauelement 2 einen ersten Lastanschluss 21, einen zweiten Lastanschluss 22 sowie einen Steueranschluss 23 auf. Die Laststrecken der Halbleiterbauelemente 1 und 2 sind elektrisch zu einer Halbbrücke in Reihe geschaltet. Antiparallel zu den Laststrecken der Halbleiterbauelemente 1 und 2 ist jeweils eine Freilaufdiode 3 bzw. 4 geschaltet. 3 shows the circuit diagram of a power semiconductor module with a first controllable by field effect semiconductor device 1 and a second field effect controllable semiconductor device 2 , The semiconductor device 1 has a first load connection 11 , a second load connection 12 as well as a control connection 13 on. Accordingly, the second semiconductor device 2 a first load connection 21 , a second load connection 22 as well as a control connection 23 on. The load paths of the semiconductor devices 1 and 2 are electrically connected in series to a half-bridge. Antiparallel to the load paths of the semiconductor devices 1 and 2 is each a freewheeling diode 3 respectively. 4 connected.

Die Spannungsversorgung der Halbbrücke erfolgt über eine positive Versorgungsspannung P, welche dem zweiten Lastanschluss 22 des zweiten Halbleiterbauelements 2 zugeführt wird, sowie über eine negative Versorgungsspannung N, welche dem ersten Lastanschluss 11 des ersten Halbleiterbauelements 1 zugeführt wird.The power supply of the half-bridge via a positive supply voltage P, which the second load terminal 22 of the second semiconductor device 2 is supplied, as well as a negative supply voltage N, which the first load terminal 11 of the first semiconductor device 1 is supplied.

Zur Ansteuerung der Halbbrücke ist eine Kontrollschaltung 40 vorgesehen. Über einen Eingang 49 der Kontrollschaltung 40 wird dieser einen pulsweitenmoduliertes Rechteck-Ansteuersignal zugeführt. Dieses Ansteuersignal wird von einer Einheit 41 zur Signalaufbereitung verarbeitet und einer Gate-Ansteuerung 42 zugeführt. Die Einheit 41 zur Signalaufberei tung kann beispielsweise Maßnahmen zu Pegelanpassung, zur galvanischen Entkopplung, zur Signalinvertierung oder dergleichen umfassen.To control the half-bridge is a control circuit 40 intended. About an entrance 49 the control circuit 40 this is supplied to a pulse width modulated square-wave drive signal. This drive signal is from a unit 41 processed for signal conditioning and a gate drive 42 fed. The unit 41 For Signalaufberei device may include, for example, measures for level adjustment for galvanic decoupling, for signal inversion or the like.

Die Gate-Ansteuerung 42 ist über einen Gatewiderstand 31 mit dem Steueranschluss 13 des ersten Halbleiterbauelements 1 verbunden. Im Normalbetrieb wird das erste steuerbare Halbleiterbauelement 1 über den Gatewiderstand 31 von der Gate-Ansteuerung 42 ein- oder ausgeschaltet.The gate drive 42 is via a gate resistor 31 with the control terminal 13 of the first semiconductor device 1 connected. In normal operation, the first controllable semiconductor device 1 over the gate resistance 31 from the gate drive 42 on or off.

Weiterhin kann dem Steueranschluss 13 des ersten steuerbaren Halbleiterbauelements 1 ein in einem Injektionsstromtreiber 46 erzeugter Injektionsstrom I zugeführt werden. Der Injektionsstromtreiber 46 ist Bestandteil einer Einheit 45 zur Injektionsstrombehandlung.Furthermore, the control terminal can 13 the first controllable semiconductor device 1 one in an injection current driver 46 generated injection current I are supplied. The injection current driver 46 is part of a unit 45 for injection current treatment.

Zur Entkopplung der beiden in der Gate-Ansteuerung 42 und dem Injektionsstromtreiber 46 erzeugten Ansteuersignale sind Entkopplungsdioden 34 bzw. 35 hervorgesehen.For decoupling of the two in the gate drive 42 and the injection current driver 46 generated drive signals are decoupling diodes 34 respectively. 35 produces seen.

Die Ermittlung des Injektionsstromes I erfolgt über den Spannungsabfall, den der Injektionsstrom I an einem zwischen den Injektionsstromtreiber 46 und den Steueranschluss 13 geschalteten Messwiderstand 33 erzeugt. Der Spannungsabfall wird einer Einheit 47 zur Ermittlung des Injektionsstromes I bestimmt wird.The determination of the injection current I via the voltage drop, the injection current I at one between the Injektionsstromtreiber 46 and the control terminal 13 switched measuring resistor 33 generated. The voltage drop becomes one unit 47 to determine the injection current I is determined.

Der Injektionsstromtreiber 46 und die Einheit 47 zur Ermittlung des Injektionsstromes bilden zusammen eine Einheit 45 zur Injektionsstrombehandlung. Die Kontrollschaltung 40 umfasst des Weiteren einen Unterspannungsschutz 43 sowie eine Einheit 44 zum Kurzschluss-Schutz und zur Anpassung der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements 1.The injection current driver 46 and the unit 47 to determine the injection current together form a unit 45 for injection current treatment. The control circuit 40 further includes undervoltage protection 43 as well as a unit 44 for short-circuit protection and for adjusting the threshold voltage of the controllable semiconductor device 1 ,

Kommt es infolge ionisierender Strahlung zu einer positiven Gesamtladung im Gate-Dielektrikum des steuerbaren Halbleiterbauelements 1, so bewirkt diese ein Absinken der Einsatzspan nung des steuerbaren n-Kanal Halbleiterbauelements 1. Im Extremfall kann die positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums ein Aufsteuern der Laststrecke des Halbleiterbauelements 1 selbst dann bewirken, wenn kein Aufsteuersignal der Gate-Ansteuerung 42 am Steueranschluss 13 vorliegt. Im Falle einer gleichzeitig aufgesteuerten Laststrecke des steuerbaren Halbleiterbauelements 2 käme es dann zu einem Kurzschluss der Halbbrücke.Is it due to ionizing radiation to a positive total charge in the gate dielectric of the controllable semiconductor device 1 , So this causes a decrease in the voltage application of the controllable n-channel semiconductor device 1 , In an extreme case, the positive total charge of the gate dielectric can be used to control the load path of the semiconductor component 1 cause even if no Aufsteuersignal the gate drive 42 at the control terminal 13 is present. In the case of a simultaneously opened load path of the controllable semiconductor component 2 then it would be a short circuit of the half bridge.

Um dies zu vermeiden ist es vorteilhaft, wenn ein derartiges Absinken der Einsatzspannung rechtzeitig erkannt wird, so dass dem steuerbaren Halbleiterbauelement 1 ein Injektionsstrom zugeführt und die Einsatzspannung wieder angehoben werden kann.In order to avoid this, it is advantageous if such a drop in the threshold voltage is recognized in good time, so that the controllable semiconductor component 1 an injection stream is supplied and the threshold voltage can be raised again.

Um ein Absinken der Einsatzspannung festzustellen, ist ein in den Lastkreis geschalteter niederohmiger Messwiderstand 32 vorgesehen, an dem ein laststromabhängiger Spannungsabfall entsteht, welcher mittels der Einheit 44 zum Kurzschluss-Schutz und zur Anpassung der Einsatzspannung ermittelt wird.In order to detect a decrease in the threshold voltage, a low-impedance measuring resistor connected in the load circuit is provided 32 provided, on which a load current-dependent voltage drop arises, which by means of the unit 44 for short-circuit protection and for adjusting the threshold voltage is determined.

Baut sich im Lauf des regulären Betriebs der Halbbrücke im Gate-Dielektrikum des Halbleiterbauelements 1 eine positive Gesamtladung auf und kommt es damit einhergehend zu einem Abfall der Einsatzspannung, so bewirkt dies bei gleich bleibender Ansteuerung des Halbleiterbauelements 1 über die Gate-Ansteuerung 42 einen Anstieg des Laststroms. Dieser Anstieg kann in einer Messbetriebsphase, während der der reguläre Betrieb der Halbbrücke unterbrochen wird, mit der Einheit 44 zum Kurzschluss-Schutz und zur Anpassung der Einsatzspannung detektiert werden. In einer solchen Messbetriebsphase ist es erforderlich, dass das Halbleiterbauelement 1 außerhalb seiner Sättigung betrieben wird, da in der Sättigung ein Absinken der Einsatzspannung nicht notwendiger Weise eine signifikante Veränderung des Laststromes hervorruft. Während der Messbetriebsphase wird die Gate-Spannung, d. h. die zwischen dem Steueranschluss 13 und dem ersten Lastanschluss 11 anliegende Spannung, vorzugsweise kleiner gewählt als 15 V.Builds in the course of the regular operation of the half-bridge in the gate dielectric of the semiconductor device 1 a positive total charge on and If this leads to a drop in the threshold voltage, this will be the case if the drive of the semiconductor component remains constant 1 via the gate drive 42 an increase in the load current. This increase may occur with the unit in a measurement operation phase during which the regular operation of the half-bridge is interrupted 44 be detected for short-circuit protection and adaptation of the threshold voltage. In such a measurement operation phase, it is necessary that the semiconductor device 1 is operated outside its saturation, since in saturation a drop in the threshold voltage does not necessarily cause a significant change in the load current. During the measuring phase of operation, the gate voltage, ie between the control terminal 13 and the first load terminal 11 applied voltage, preferably smaller than 15 V.

Stellt die Einheit 44 einen derartigen Abfall der Einsatzspannung fest, so veranlasst sie die Gate-Ansteuerung 42, den regulären Schaltungsbetrieb des Leistungshalbleitermoduls vorübergehend auszusetzen und statt dessen die Einheit 45 zur Injektionsstrombehandlung zu aktivieren, um dem Gate-Dielektrikum des Halbleiterbauelements 1 wie erläutert einen definierten, vorzugsweise konstanten Injektionsstrom I zuzuführen.Represents the unit 44 detects such a drop in the threshold voltage, it causes the gate drive 42 to temporarily suspend the regular circuit operation of the power semiconductor module and instead the unit 45 to enable the injection current treatment to the gate dielectric of the semiconductor device 1 as explained, to supply a defined, preferably constant injection current I.

Die im Gate-Dielektrikum gespeicherte Ladung beträgt typischer Weise einige nC. Die injizierte Ladung muss allerdings deutlich größer sein, bevorzugte Werte hierfür liegen im Bereich von 6 μC und 6 mC, entsprechend einem über einen Zeitraum von 1 Minute bis 10 Minuten zugeführten Injektionsstrom von 0,1 μA–10 μA.The charge stored in the gate dielectric is typically a few nC. The injected charge, however, must be significantly larger preferred values for this are in the range of 6 μC and 6 mC, corresponding to one over a period of 1 minute to 10 minutes supplied injection current of 0.1 uA-10 uA.

Um zu überprüfen, ob und inwieweit der Injektionsstrom I wie gewünscht einen Anstieg der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements 1 bewirkt, kann die Veränderung der Einsatzspannung während der Injektionsbetriebsphase überprüft werden.In order to check whether and to what extent the injection current I as desired increases the threshold voltage of the controllable semiconductor component 1 causes the change in the threshold voltage during the injection operating phase can be checked.

Ein Anstieg der Einsatzspannung bewirkt bei gleich bleibender Ansteuerspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements 1 im Allgemeinen eine Erhöhung des Widerstandes der Laststrecke des steuerbaren Halbleiterbauelements 1. Da das steuerbare Halbleiterbauelement 1 bei der Injektion vorzugsweise weit im Sättigungsbereich betrieben wird, wirkt sich ein Anstieg der Einsatzspannung kaum auf den Widerstand der Laststrecke aus. Dadurch kann aus einer Beobachtung des die Laststrecke des steuerbaren Halbleiterbauelements 1 während der Injektion durchfließenden Stromes nur schwer auf eine Veränderung der Einsatzspannung geschlossen werden.An increase in the threshold voltage causes the drive voltage of the controllable semiconductor component remaining constant 1 In general, an increase in the resistance of the load path of the controllable semiconductor device 1 , As the controllable semiconductor device 1 When injection is preferably operated far in the saturation region, an increase in the threshold voltage hardly affects the resistance of the load path. As a result, from an observation of the load path of the controllable semiconductor device 1 During the injection flowing through the flow, it is difficult to conclude that the threshold voltage has changed.

Um diese Schwierigkeit zum umgehen, kann der Injektionsstrom während der Injektionsbetriebsphase unterbrochen und das steuerbare Halbleiterbauelement 1 mit einer Mess-Ansteuerspannung angesteuert werden, die geringer ist als die zur Erzeugung eines Injektionsstromes I erforderliche Ansteuerspannung und die eine Ansteuerung des Halbleiterbauelements 1 außerhalb seiner Sättigung sicherstellt.To avoid this difficulty, the injection current may be interrupted during the injection phase of operation and the controllable semiconductor device 1 be driven with a measurement drive voltage which is lower than the drive voltage required for generating an injection current I and the one drive of the semiconductor device 1 ensures its saturation.

Nachfolgend werden die verschiedenen Betriebsphasen anhand von 4 näher erläutert. 4 zeigt beispielhaft einen möglichen zeitlichen Verlauf der Gate-Source-Spannung UGS eines steuerbaren Halbleiterbauelements 1 gemäß 3.The different operating phases are described below on the basis of 4 explained in more detail. 4 shows an example of a possible time course of the gate-source voltage U GS of a controllable semiconductor device 1 according to 3 ,

Das steuerbare Halbleiterbauelement wird zunächst in einer Schaltbetriebsphase 61 mittels einer pulsweitenmodulierten Gate-Source-Rechteck-Spannung mit einem Maximalwert UGS1 angesteuert.The controllable semiconductor component is initially in a Schaltbetriebsphase 61 controlled by a pulse width modulated gate-source-square-wave voltage with a maximum value U GS1 .

Der Schaltbetriebsphase 61 folgt eine Injektionsbetriebsphase 62, in der Phasen 62a und 62b abwechselnd aufeinander folgen.The switching operation phase 61 follows an injection operating phase 62 in the phases 62a and 62b alternately follow each other.

Während der Phasen 62a wird ein Injektionsbetrieb durchgeführt, indem die Gate-Source-Spannung UGS zur Erzeugung eines Injektionsstromes auf einen Wert UGS2 erhöht wird, der höher gewählt ist als der Wert UGS1, welcher vorzugsweise 10 V bis 15 V beträgt.During the phases 62a For example, an injection operation is performed by increasing the gate-source voltage U GS for generating an injection current to a value U GS2 which is set higher than the value U GS1 , which is preferably 10 V to 15 V.

In den Phasen 62b, in denen sich das Leistungshalbleiterbauelement in einem Messbetriebzustand befindet, soll festgestellt werden, ob eine erhöhte Einsatzspannung des Halbleiterbauelements vorliegt und/oder ob es erforderlich ist, eine Injektion von Elektronen in das Gate-Dielektrikum des Halbleiterbauelements zu veranlassen.In the phases 62b in which the power semiconductor component is in a measurement operating state, it should be determined whether an increased threshold voltage of the semiconductor component is present and / or whether it is necessary to cause an injection of electrons into the gate dielectric of the semiconductor component.

Im Messbetrieb wird das Halbleiterbauelement mit einer Gate-Source-Spannung UGS3 angesteuert, die kleiner ist als die Spannung UGS2. Die Spannung UGS2 ist so gewählt, dass das steuerbare Halbleiterbauelement außerhalb der Sättigung betrieben wird. Die Spannung UGS2 ist bevorzugt gleich oder besonders bevorzugt kleiner der Spannung UGS1 im normalen Schaltbetrieb gewählt.In measuring operation, the semiconductor device is driven with a gate-source voltage U GS3 , which is smaller than the voltage U GS2 . The voltage U GS2 is chosen so that the controllable semiconductor device is operated out of saturation. The voltage U GS2 is preferably equal to or more preferably smaller than the voltage U GS1 selected in normal switching operation.

Überschreitet der Laststrom des steuerbaren Halbleiterbauelements bei anliegender Gate-Source-Spannung UGS3 einen vorgegebenen, geeignet gewählten Referenzwert, so kann daraus auf ein durch eine positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums hervorgerufenes Absinken der Einsatzspannung geschlossen werden.Exceeds the load current of the controllable semiconductor device with applied gate-source voltage U GS3 a predetermined, suitably selected reference value, it can be concluded that caused by a positive total charge of the gate dielectric lowering of the threshold voltage.

Ebenso kann ein Absinken der Einsatzspannung auch dadurch festgestellt werden, dass zwei oder mehr nacheinander in verschiedenen Messbetriebsphasen 62b ermittelte Lastströme eine ansteigende Tendenz aufweisen.Likewise, a drop in the threshold voltage can also be determined by two or more successively in different measuring operating phases 62b determined load currents anstei show a tendency.

Nachdem festgestellt wurde, dass ein Absinken der Einsatzspannung vorliegt, kann eine Injektionsphase 62a von vorgegebener zeitlicher Dauer eingeleitet werden, in der das Halbleiterbauelement mit einer Spannung UGS2 angesteuert wird. Die Spannung UGS2 ist so gewählt, dass dem Gate-Dielektrikum des steuerbaren Halbleiterbauelementes infolge eines Injektions-Tunnelstroms Elektronen zugeführt werden und die positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums dadurch ganz oder teilweise neutralisiert wird.After it has been determined that there is a fall in the threshold voltage, an injection phase can be initiated 62a be initiated by a predetermined time duration, in which the semiconductor device is driven with a voltage U GS2 . The voltage U GS2 is chosen such that electrons are supplied to the gate dielectric of the controllable semiconductor component as a result of an injection tunneling current and the total positive charge of the gate dielectric is thereby wholly or partially neutralized.

Nach Abschluss der Injektionsphase 62a kann die Auswirkung des Injektions-Tunnelstromes im Rahmen einer weiteren Messphase 62b überprüft und – falls erforderlich – noch eine weitere Injektionsphase 62a eingeleitet werden.After completion of the injection phase 62a can assess the effect of the injection tunneling current during a further measurement phase 62b Checked and - if necessary - another injection phase 62a be initiated.

Dieses Verfahren mit abwechselnden Messphasen 62b und Injektionsphasen 62a kann solange fortgesetzt werden, bis in einer Messphase 62b eine Unterschreitung des vorgegebenen Laststrom-Wertes festgestellt wird, was gleichbedeutend ist damit, dass sich die Einsatzspannung des Halbleiterbauelements in einem zulässigen Bereich befindet. Anschließend kann wieder die reguläre Schaltbetriebsphase 61 des Halbleiterbauelements aufgenommen werden.This method with alternating measuring phases 62b and injection phases 62a can be continued until in a measuring phase 62b an undershooting of the predetermined load current value is detected, which is synonymous with the fact that the threshold voltage of the semiconductor device is within a permissible range. Subsequently, the regular Schaltbetriebsphase can again 61 of the semiconductor device.

Die dem Halbleiterbauelement zugeführte Mess-Ansteuerspannung UGS3 kann dabei vom Injektionsstromtreiber 46 oder bevorzugt von der Gate-Ansteuerung 42 bereitgestellt werden.The measurement drive voltage U GS3 fed to the semiconductor component can be supplied by the injection current driver 46 or preferably from the gate driver 42 to be provided.

In 3 ist beispielhaft nur die Eingangsbeschaltung des ersten steuerbaren Halbleiterbauelements 1 gezeigt. In gleicher Weise kann auch das zweite steuerbare Halbleiterbauelement 2 durch eine mit der Kontrollschaltung 40 identische weitere Kontrollschaltung angesteuert und entsprechend einem der vorangehend beschriebenen Verfahren betrieben werden.In 3 is exemplary only the input circuit of the first controllable semiconductor device 1 shown. In the same way can also the second controllable semiconductor device 2 through one with the control circuit 40 identical control circuit further controlled and operated according to one of the methods described above.

Zusätzlich müssen für die Ansteuerung des zweiten Halbleiterbauelements 2 den Widerständen 31 und 33 bzw. den Dioden 34 bzw. 35 entsprechende Widerstände und Dioden vorgesehen werden.In addition, for driving the second semiconductor device 2 the resistors 31 and 33 or the diodes 34 respectively. 35 appropriate resistors and diodes are provided.

Dabei kann es vorteilhaft sein, diese Widerstände und/oder Dioden nicht nur für die Ansteuerung der Anordnung im Injektionsbetrieb sondern auch zur Ansteuerung der Anordnung im normalen Schaltbetrieb einzusetzen. Der Messwiderstand 32 im Laststromkreis kann ebenso wie die Einheit 44 sowohl von der Kontrollschaltung 40 als auch von der weiteren Kontrollschaltung genutzt werden.It may be advantageous to use these resistors and / or diodes not only for the control of the arrangement in the injection mode but also for driving the arrangement in normal switching operation. The measuring resistor 32 in the load circuit can as well as the unit 44 both from the control circuit 40 as well as being used by the further control circuit.

Abweichend von dem Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 der vom Injektionsstromtreiber 46 erzeugte Injektionsstrom I dem steuerbaren Halbleiterbauelement 1 nicht über dessen Steueranschluss 13 sondern über einen separaten externen Injektionsanschluss 14 zugeführt. Der externe Injektionsanschluss 14 kann beispielsweise wie bei dem steuerbaren Halbleiterbauelement 1 gemäß 2 mittels einer Anschlusszone 56 am Halbleiterkörper 50 angeschlossen sein.Notwithstanding the embodiment according to 3 is in the embodiment according to 5 that of the injection current driver 46 generated injection current I the controllable semiconductor device 1 not via its control port 13 but via a separate external injection port 14 fed. The external injection port 14 can, for example, as in the controllable semiconductor device 1 according to 2 by means of a connection zone 56 on the semiconductor body 50 be connected.

In der Schaltbetriebsphase wird dieser externe Steueranschluss 14 auf das Potenzial des ersten Lastanschlusses 11 gelegt, insbesondere kann der externe Steueranschluss 14 mittels eines Schalters mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden werden.In the switching operation phase, this external control connection 14 to the potential of the first load connection 11 especially the external control connection 14 by means of a switch with the first load connection 11 be electrically connected.

In der Injektionsbetriebsphase wird an den Anschluss 14 ein Potenzial angelegt, das kleiner ist als das Potenzial des ersten Lastanschlusses 11. Zwischen den Injektionsstromtreiber 46 und den Injektionsanschluss 14 sind noch ein Widerstand 33 und eine Diode 36 in Reihe geschaltet.In the injection operating phase, the connection is made 14 applied a potential that is smaller than the potential of the first load terminal 11 , Between the injection current driver 46 and the injection port 14 are still a resistance 33 and a diode 36 connected in series.

Das zweite steuerbare Halbleiterbauelement 2 weist ebenfalls einen Injektionsanschluss 24 auf. Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 kann die Ansteuerung des zweiten steuerbaren Halbleiterbauelements 2 eine Kontrollschaltung aufweisen, die so aufgebaut ist, wie die Kontrollschaltung 40. Außerdem müssen für das zweite steuerbare Halbleiterbauelement 2 den Widerständen 31 und 33 bzw. den Dioden 34 und 36 entsprechende Widerstände und Dioden vorgesehen werden.The second controllable semiconductor device 2 also has an injection port 24 on. Also in the embodiment according to 5 can control the second controllable semiconductor device 2 have a control circuit which is constructed as the control circuit 40 , In addition, for the second controllable semiconductor device 2 the resistors 31 and 33 or the diodes 34 and 36 appropriate resistors and diodes are provided.

Das anhand von 4 erläuterte Verfahren kann entsprechend angepasst auch für beliebige andere Bauelemente eingesetzt werden. Dabei tritt in den Phasen 62a an die Stelle der Gate-Source-Ansteuerspannung UGS die Spannung, die zur Erzeugung eines Injektionsstroms im Gate-Dielektrikum an das Halbleiterbauelement angelegt wird.The basis of 4 explained method can be used appropriately adapted for any other components. It occurs in the phases 62a instead of the gate-source drive voltage U GS, the voltage which is applied to the semiconductor component for generating an injection current in the gate dielectric.

Bei steuerbaren Halbleiterbauelementen, deren Laststrecken beispielsweise wie bei den steuerbaren Halbleiterbauelementen 1 und 2 gemäß den 3 bzw. 5 zu einer Halbbrücke in Reihe geschaltet sind, kann eine Injektion von Elektronen in das Gate-Dielektrikum zur Anhebung der Einsatzspannung nicht nur durch Anlegen einer externen Spannung an das Gate-Dielektrikum erfolgen, sondern zusätzlich oder alternativ auch dadurch, dass gezielt ein Kurzschluss der Halbbrücke erzeugt wird.For controllable semiconductor components whose load paths, for example, as with the controllable semiconductor devices 1 and 2 according to the 3 respectively. 5 are connected in series to a half-bridge, an injection of electrons into the gate dielectric to increase the threshold voltage can be done not only by applying an external voltage to the gate dielectric, but additionally or alternatively also by specifically generating a short circuit of the half-bridge becomes.

Bei einem solchen Kurzschluss der Halbbrücke kommt es in den steuerbaren Halbleiterbauelementen zu Lastströmen, die wesentlich höher sind als die Lastströme der betreffenden steuerbaren Halbleiterbauelemente im Normalbetrieb.at Such a short circuit of the half bridge occurs in the controllable Semiconductor devices to load currents that are much higher than the load currents the relevant controllable semiconductor devices in normal operation.

Die bei derart erhöhten Lastströmen entstehenden schnellen Elektronen ("heiße Elektronen") dringen aus dem Halbleiterkörper in das Dielektrikum ein und bewirken dort einen Verringerung oder einen Abbau der dort vorliegenden positiven Gesamtladung. Ein solcher Kurzschluss der Halbbrücke kann durch eine gezieltes gleichzeitiges Aufsteuern der steuerbaren Halbleiterbauelemente der Halbbrücke erfolgen.The increased in such a way load currents resulting fast electrons ("hot Electrons ") penetrate from the semiconductor body in the dielectric and cause a reduction there or a reduction of the positive overall charge present there. Such a Short circuit of the half bridge can be controlled by a targeted simultaneous control of the controllable Semiconductor semiconductor devices take place.

Um eine thermische Überlastung der steuerbaren Halbleiterbauelemente zu vermeiden, muss ein solcher Kurzschluss zeitlich begrenzt sein. Vorzugsweise werden mehrere solcher kurzzeitiger Kurzschlüsse der Halbbrücke in vorgegebenen zeitlichen Intervallen herbeigeführt. Der zeitliche Abstand aufeinander folgender Kurzschlüsse muss so gewählt sein, dass eine thermische Überlastung der Halbleiterbauelemente zuverlässig vermieden wird.Around a thermal overload To avoid the controllable semiconductor devices, such must Short circuit will be temporary. Preferably, several such short-term shorts the half bridge at predetermined time intervals. The time interval between each other following short circuits must be chosen be that a thermal overload the semiconductor devices reliable is avoided.

Selbstverständlich kann ein dem Kurzschlussbetrieb entsprechender Betrieb auch bei einzelnen steuerbaren Halbleiterbauelementen durchgeführt werden, indem dessen Laststrecke aufgesteuert und an die Lastanschlüsse eine ausreichend hohe Spannung in Vorwärtsrichtung angelegt wird.Of course you can a short-circuit operation corresponding operation even with individual controllable semiconductor devices are performed by the load path controlled and to the load terminals a sufficiently high voltage in the forward direction is created.

Die Erfindung wurde in den Ausführungsbeispielen gemäß den 1 bis 5 beispielhaft anhand von IGBTs erläutert. Grundsätzlich kann die Erfindung jedoch auf beliebige durch Feldeffekt steuerbare Halbleiterbauelemente, insbesondere auf MOSFETs, angewendet werden.The invention has been described in the embodiments according to the 1 to 5 exemplified by IGBTs. In principle, however, the invention can be applied to any field-effect-controllable semiconductor components, in particular MOSFETs.

Weiterhin ist es nicht notwendiger Weise erforderlich, dass die positive Gesamtladung des Gate-Dielektrikums durch ionisierende Strahlung hervorgerufen wurde.Farther It is not necessary that the positive total charge is required of the gate dielectric caused by ionizing radiation has been.

Die beschriebenen Verfahren zur Detektion der Unterschreitung der Einsatzspannung und der Steuerung der Elektroneninjektion in das Gate-Dielektrikum kann auf Chipebene, vorzugsweise jedoch auf Systemebene umgesetzt werden. Vorteilhafter Weise können die dazu gegenüber herkömmlichen Leistungshalbleitermodulen wie z. B. so genannten Smart-Power-Modulen (SPMs) zusätzlich erforderlichen Komponenten in die bestehenden Kontrollschaltungen integriert werden. SPMs kombinieren in der Regel mehrere steuerbare Halbleiterbauelemente, beispielsweise in Halb- oder Vollbrückenschaltungen. Daher ist es zweckmäßig, auch die Detektion verringerter Einsatzspannungen und die Steuerung der Elektroneninjektion mit den Funktionen eines SPM zu verbinden.The described method for detecting the undershooting of the threshold voltage and controlling electron injection into the gate dielectric can be implemented at the chip level, but preferably at the system level become. Advantageously, can the opposite conventional power semiconductor modules such as B. so-called smart power modules (SPMs) additionally required Components are integrated into the existing control circuits. SPMs typically combine multiple controllable semiconductor devices, for example, in half or full bridge circuits. thats why it useful, too the detection of reduced threshold voltages and the control of the To combine electron injection with the functions of an SPM.

11
erstes steuerbares Halbleiterbauelementfirst controllable semiconductor device
1a1a
Gehäuse des ersten steuerbaren HalbleiterbauelementsHousing of first controllable semiconductor device
22
zweites steuerbares Halbleiterbauelementsecond controllable semiconductor device
33
erste Freilaufdiodefirst Freewheeling diode
44
zweite Freilaufdiodesecond Freewheeling diode
55
Gate-DielektrikumGate dielectric
66
Gate-ElektrodeGate electrode
77
Source-ElektrodeSource electrode
88th
Drain-ElektrodeDrain
99
Spannungsquellevoltage source
1010
Schalterswitch
1111
Erster Lastanschluss des ersten steuerbaren Halbleiterbauelementsfirst Load connection of the first controllable semiconductor device
1212
Zweiter Lastanschluss des ersten steuerbaren Halbleiterbauelementssecond Load connection of the first controllable semiconductor device
1313
Steueranschluss des ersten steuerbaren Halbleiterbauelementscontrol connection the first controllable semiconductor device
1414
Externer Injektionsanschluss des ersten steuerbaren Halbleiterbauelementsexternal Injection port of the first controllable semiconductor device
2121
Erster Lastanschluss des zweiten steuerbaren Halbleiterbauelementsfirst Load connection of the second controllable semiconductor device
2222
Zweiter Lastanschluss des zweiten steuerbaren Halbleiterbauelementssecond Load connection of the second controllable semiconductor device
2323
Steueranschluss des zweiten steuerbaren Halbleiterbauelementscontrol connection of the second controllable semiconductor device
2424
Externer Injektionsanschluss des zweiten steuerbaren Halbleiterbauelementsexternal Injection port of the second controllable semiconductor device
3131
Gatewiderstandgate resistor
3232
NebenschlusswiderstandShunt resistor
3333
Messwiderstand zur Bestimmung des Injektionsstroms (Fowler-Nordheim-Tunnelstrom)measuring resistor for determining the injection current (Fowler-Nordheim tunnel current)
3434
erste Entkopplungsdiodefirst decoupling diode
3535
zweite Entkopplungsdiodesecond decoupling diode
3636
Diodediode
4040
Kontrollschaltungcontrol circuit
4141
Einheit zur Signalaufbereitungunit for signal conditioning
4242
Gate-AnsteuerungGate drive
4343
UnterspannungsschutzUndervoltage protection
4444
Einheit zum Kurzschluss-Schutz und zur Anpassung der Einsatzspannungunit for short-circuit protection and adaptation of the threshold voltage
4545
Einheit zur Injektionsstrombehandlungunit for injection current treatment
4646
InjektionsstromtreiberInjection current driver
4747
Einheit zur Ermittlung des Injektionsstromesunit for determining the injection current
4949
Eingang für Ansteuersignalentrance for drive signal
5050
HalbleiterkörperSemiconductor body
5151
n-Emittern-emitter
5252
BodyzoneBody zone
5353
Driftzonedrift region
5454
FeldstoppzoneField stop zone
5555
p-Emitterp-emitter
5656
Anschlusszonecontiguous zone
6161
SchaltbetriebsphaseSwitch Operation phase
6262
InjektionsbetriebsphaseInjection phase of operation
62a62a
Injektionsbetriebinjection operation
62b62b
Messbetriebmeasuring mode
7070
Elektrode für Anschlusszoneelectrode for connection zone
II
Injektionsstrominjection current
NN
Negative Versorgungsspannung der Halbbrücke (?)negative Supply voltage of the half-bridge (?)
PP
Positive Versorgungsspannung der Halbbrückepositive Supply voltage of the half-bridge
tt
ZeitTime
UU
Ausgang der Halbbrückeoutput the half bridge
UGS U GS
Ansteuerspannungdriving voltage
UGS1 U GS1
Ansteuerspannung in der Schaltbetriebsphasedriving voltage in the switching operation phase
UGS2 U GS2
Ansteuerspannung während der Injektiondriving voltage while the injection
UGS3 U GS3
Ansteuerspannung während des Messbetriebesdriving voltage while of measuring operation
VD V D
Referenzspannung für Unterspannungsschutzreference voltage for undervoltage protection

Claims (25)

Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls, mit folgenden Schritten: – Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls, das wenigstens ein durch Feldeffekt über einen Steueranschluss (13, 23) steuerbares Halbleiterbauelement (1, 2) mit einem Halbleiterkörper (50) aufweist, wobei der Halbleiterkörper (50) mittels eines Dielektrikums (5) gegenüber dem Steueranschluss (13, 23) elektrisch isoliert ist, – Durchführen einer Schaltbetriebsphase (61), in der das steuerbare Halbleiterbauelement (1, 2) abwechselnd zwischen einem leitenden Zustand und einem sperrenden Zustand umgeschalten wird, wobei das Aufsteuern des Halbleiterbauelements durch Anlegen einer ersten Spannung (UGS1) an den Steueranschluss (13, 23) erfolgt, – Injizieren von Elektronen in das Dielektrikum (5) während einer Injektionsbetriebsphase (62), in der dem Steueranschluss (13, 23) eine zweite Spannung (UGS2) zugeführt wird, die höher ist, als die erste Spannung (UGS1), so dass eine in dem Gate-Dielektrikum durch Strahlung ionisierender Teilchen erzeugte positive Gesamtladung reduziert oder vollständig abgebaut wird.Method for operating a power semiconductor module, comprising the following steps: - providing a power semiconductor module which has at least one field effect via a control connection ( 13 . 23 ) controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) with a semiconductor body ( 50 ), wherein the semiconductor body ( 50 ) by means of a dielectric ( 5 ) opposite the control terminal ( 13 . 23 ) is electrically isolated, - performing a switching operation phase ( 61 ), in which the controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) is alternately switched between a conductive state and a blocking state, wherein the control of the semiconductor device by applying a first voltage (U GS1 ) to the control terminal ( 13 . 23 ), - injecting electrons into the dielectric ( 5 ) during an injection operating phase ( 62 ), in which the control connection ( 13 . 23 ) is supplied with a second voltage (U GS2 ) which is higher than the first voltage (U GS1 ), so that a positive total charge generated in the gate dielectric by radiation of ionizing particles is reduced or completely degraded. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Injizieren von Elektronen mittels eines Injektionsstromes (I) erfolgt, der in das Dielektrikum (5) eingespeist wird.Method according to Claim 1, in which the injection of electrons takes place by means of an injection current (I) which is injected into the dielectric ( 5 ) is fed. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Injektionsstrom (I) durch ein elektrisches Feld im Dielektrikum (5) bewirkt wird, welches eine Stärke von wenigstens 7 MV/cm aufweist. aufweist.Method according to Claim 2, in which the injection current (I) is generated by an electric field in the dielectric ( 5 ) having a thickness of at least 7 MV / cm. having. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem beim Injizieren von Elektronen ein Fowler-Nordheim-Tunnelstrom im Dielektrikum (5) auftritt.Method according to one of the preceding claims, in which a Fowler-Nordheim tunneling current in the dielectric ( 5 ) occurs. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem der Injektionsstrom (I) durch Anlegen einer elektrischen Spannung (UGS) zwischen den Steueranschluss (13, 23) und den Halbleiterkörper (50) erfolgt.Method according to one of claims 2 to 4, wherein the injection current (I) by applying an electrical voltage (U GS ) between the control terminal ( 13 . 23 ) and the semiconductor body ( 50 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die elektrische Spannung (UGS) im Bereich der anzusteuernden Halbleiterzone (53), eines n-Emitters (51), einer Body-Zone (52), einer Drift-Zone (53), einer Feldstoppzone (54) oder eines p-Emitters (55) an den Halbleiterkörper (50) angelegt wird.Method according to Claim 5, in which the electrical voltage (U GS ) in the region of the semiconductor zone to be controlled ( 53 ), an n-type emitter ( 51 ), a body zone ( 52 ), a drift zone ( 53 ), a field stop zone ( 54 ) or a p-emitter ( 55 ) to the semiconductor body ( 50 ) is created. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem das Anlegen der elektrischen Spannung (UGS) an den Halbleiterkörper (50) mittels eines separaten Anschlusses (14) erfolgt.Method according to Claim 5 or 6, in which the application of the electrical voltage (U GS ) to the semiconductor body ( 50 ) by means of a separate connection ( 14 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der separate Anschluss (14) aus einem Gehäuse (1a) des Halbleiterbauelements herausgeführt ist.Method according to Claim 6, in which the separate connection ( 14 ) from a housing ( 1a ) is led out of the semiconductor device. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das steuerbare Halbleiterbauelement ein n-Kanal Bauelement (1, 2) ist und bei dem während des Injizierens von Elektronen das elektrische Potenzial des Steueranschlusses (13, 23) höher ist als das elektrische Potenzial des Halbleiterkörpers (50).Method according to one of the preceding claims, in which the controllable semiconductor component is an n-channel component ( 1 . 2 ) and in which during the injection of electrons the electrical potential of the control terminal ( 13 . 23 ) is higher than the electrical potential of the semiconductor body ( 50 ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Injizieren von Elektronen in das Dielektrikum (5) dadurch erfolgt, dass im Halbleiterkörper (50) ein hoher Strom erzeugt wird, der die Entstehung schneller Elektronen bewirkt, welche in das Dielektrikum (5) eindringen.The method of claim 1, wherein injecting electrons into the dielectric ( 5 ) in that in the semiconductor body ( 50 ) a high current is generated, which causes the formation of fast electrons, which in the dielectric ( 5 ). Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das Injizieren von Elektronen dann vorgenommen wird, wenn zuvor eine Veränderung der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements (1, 2) festgestellt wurde.Method according to one of the preceding claims, in which the injection of electrons is carried out if a change in the threshold voltage of the controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) was detected. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Veränderung der Einsatzspannung durch Vergleich der Einsatzspannung mit einer vorangehend ermittelten Einsatzspannung oder durch Vergleich des Wertes einer sich korrespondierend mit der Einsatzspannung verändernden Größe mit einem vorangehend ermittelten Wert dieser Größe ermittelt wurde.The method of claim 11, wherein the change the threshold voltage by comparing the threshold voltage with a previously determined threshold voltage or by comparing the Value of a change corresponding to the threshold voltage Size with one previously determined value of this size was determined. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Veränderung der Einsatzspannung durch Vergleich der Einsatzspannung mit einem vorgegebenen Wert der Einsatzspannung oder durch Vergleich des Wertes einer sich korrespondierend mit der Einsatzspannung verändernden Größe mit einem vorgegebenen Wert dieser Größe festgestellt wird.The method of claim 11, wherein the change the threshold voltage by comparing the threshold voltage with a predetermined value of the threshold voltage or by comparing the value a corresponding to the threshold voltage changing Size with one predetermined value of this size determined becomes. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Veränderung der Einsatzspannung dadurch festgestellt wird, dass an den Steueranschluss (13, 23) eine vorgegebene Spannung angelegt und ein sich daraus ergebender Laststrom des steuerbaren Halbleiterbauelements gemessen wird.Method according to one of claims 11 to 13, wherein the change in the threshold voltage is determined by the fact that to the control terminal ( 13 . 23 ) a predetermined voltage sets and a resulting load current of the controllable semiconductor device is measured. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Laststrom durch den Spannungsabfall an einem in den Lastkreis des steuerbaren Halbleiterbauelementes geschalteten Messwiderstand (32) ermittelt wird.The method of claim 14, wherein the load current through the voltage drop across a connected in the load circuit of the controllable semiconductor device measuring resistor. 32 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem das Injizieren von Elektronen dann erfolgt, wenn zuvor ein Absinken der Einsatzspannung des steuerbaren Halbleiterbauelements (1, 2) auf einen Wert von kleiner oder gleich 20% einer vorgegebenen oder einer vorangehend ermittelten Einsatzspannung festgestellt wurde.Method according to one of Claims 12 to 15, in which the injection of electrons takes place when a drop in the threshold voltage of the controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) was found to be less than or equal to 20% of a predetermined or previously determined threshold voltage. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei dem an die Stelle des Feststellens einer Veränderung der Einsatzspannung das Feststellen eines Absinkens der Einsatzspannung tritt.Method according to one of claims 11 to 16, wherein the Location of detecting a change in the threshold voltage the detection of a drop in the threshold voltage occurs. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Injizieren von Elektronen in vorgegebenen zeitlichen Intervallen unabhängig von einer Veränderung der Einsatzspannung wiederholt wird.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the injecting of electrons at predetermined time intervals independent of a change the threshold voltage is repeated. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Schaltbetriebsphase (61) während der Injektionsbetriebsphase (62) unterbrochen wird.Method according to one of the preceding claims, in which the switching operating phase ( 61 ) during the injection operating phase ( 62 ) is interrupted. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei dem die Schaltbetriebsphase (61) während der Injektionsbetriebsphase (62) nicht unterbrochen wird.Method according to one of Claims 1 to 18, in which the switching operating phase ( 61 ) during the injection operating phase ( 62 ) is not interrupted. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, bei dem das Injizieren der Elektronen durch eine gegenüber der Aufsteuerspannung (UGS1) in der Schaltbetriebsphase (61) erhöhte, am Steueranschluss anliegende Aufsteuerspannung (UGS2) erfolgt.Method according to Claim 19 or 20, in which the injection of the electrons is effected by means of an injection voltage (U GS1 ) in the switching operation phase ( 61 ) increased, applied to the control terminal Aufsteuerspannung (U GS2 ) takes place. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem das steuerbare Halbleiterbauelement (1, 2) ein MOSFET oder ein IGBT ist.Method according to one of the preceding claims, in which the controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) is a MOSFET or an IGBT. Verfahren zum Betrieb eines Leistungshalbleitermoduls mit folgenden Schritten: (a) Bereitstellen eines Leistungshalbleitermoduls mit zwei durch Feldeffekt steuerbaren Halbleiterbauelementen (1, 2), die jeweils einen Steueranschluss (13, 23) und eine Laststrecke aufweisen und deren Laststrecken zu einer Halbbrücke in Reihe geschaltet sind, wobei jedes Halbleiterbauelement (1, 2) einen Halbleiterkörper (50) umfasst, der mittels jeweils eines Dielektrikums (5) gegenüber dem jeweiligen Steueranschluss (13) elektrisch isoliert ist, (b) Durchführen einer Schaltbetriebsphase (61), in der sich von den beiden steuerbaren Halbleiterbauelementen (1, 2) zu jedem Zeitpunkt keines oder genau eines in einem leitenden Zustand befinden, und (c) Durchführen einer Injektionsbetriebsphase, in der gezielt ein Kurzschluss der Halbbrücke durch gleichzeitiges Aufsteuern der beiden steuerbaren Halbleiterbauelemente (1, 2) erfolgt, so dass in den Halbleiterkörpern (50) hohe Ströme entstehen, die die Bildung schneller Elektronen bewirken, welche in die Dielektrika (5) eindringen, so dass eine in dem Gate-Dielektrikum durch Strahlung ionisierender Teilchen erzeugte positive Gesamtladung reduziert oder vollständig abgebaut wird.Method for operating a power semiconductor module with the following steps: (a) providing a power semiconductor module with two field-effect-controllable semiconductor components ( 1 . 2 ), each having a control terminal ( 13 . 23 ) and a load path and their load paths are connected in series to a half-bridge, wherein each semiconductor device ( 1 . 2 ) a semiconductor body ( 50 ), which in each case by means of a dielectric ( 5 ) opposite the respective control terminal ( 13 ) is electrically isolated, (b) performing a switching operation phase ( 61 ) in which the two controllable semiconductor components ( 1 . 2 ) are none or exactly one in a conducting state at any time, and (c) carrying out an injection operating phase in which a short circuit of the half-bridge by simultaneously controlling the two controllable semiconductor components ( 1 . 2 ), so that in the semiconductor bodies ( 50 ) generate high currents, which cause the formation of fast electrons, which in the dielectrics ( 5 ), so that a positive total charge generated in the gate dielectric by radiation of ionizing particles is reduced or completely degraded. Verfahren nach Anspruch 23, bei dem mehrere Injektionsbetriebsphasen gemäß Schritt (c) zeitlich voneinander beabstandet durchgeführt werden.The method of claim 23, wherein a plurality of injection operating phases according to step (c) are spaced apart in time. Leistungshalbleitermodul, das folgende Merkmale umfasst: – wenigstens ein durch Feldeffekt steuerbares Halbleiterbauelement (1, 2), das einen Halbleiterkörper (50) aufweist, sowie einen Steueranschluss (13, 23), der mittels eines Dielektrikums (5) gegenüber einem Halbleiterbereich (51, 52, 53) des Halbleiterkörpers (50) elektrisch isoliert ist, – eine Ansteuereinheit (40), die dazu ausgebildet ist, den Betrieb des steuerbaren Halbleiterbauelementes (1, 2) gemäß einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche zu steuern.Power semiconductor module comprising the following features: - at least one field-effect-controllable semiconductor device ( 1 . 2 ) comprising a semiconductor body ( 50 ), and a control terminal ( 13 . 23 ), which by means of a dielectric ( 5 ) with respect to a semiconductor region ( 51 . 52 . 53 ) of the semiconductor body ( 50 ) is electrically isolated, - a drive unit ( 40 ), which is designed to control the operation of the controllable semiconductor component ( 1 . 2 ) according to a method according to any one of the preceding claims.
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