第1导电型的第1碳化硅半导体层，其位于所述半导体基板的主面上； 第2导电型的体区域，其与所述第1碳化硅半导体层相接； 第1导电型的源极区域，其与所述体区域相接； 第2碳化硅半导体层，其配置在所述第1碳化硅半导体层上且与所述体区域以及所述 源极区域的至少一部分相接； 所述第2碳化硅半导体层上的栅极绝缘膜； 所述栅极绝缘膜上的栅极电极； 源极电极，其与所述源极区域接触；以及 漏极电极，其配置于所述半导体基板的背面侧， 若将以所述源极电极的电位为基准的所述漏极电极的电位设为Vds、将以所述源极电 极的电位为基准的所述栅极电极的电位设为Vgs、且将所述金属-绝缘体-半导体场效应晶 体管的栅极阈值电压设为Vth， 则在所述Vds为正的情况下，在所述Vgs为所述Vth以上时，所述金属-绝缘体-半导 体场效应晶体管作为从所述漏极电极向所述源极电极流动电流的二极管发挥作用， 在所述Vds为负的情况下，在所述Vgs小于Vth时，所述金属-绝缘体-半导体场效应 晶体管作为从所述源极电极向所述漏极电极流动电流的二极管发挥作用， 所述二极管的启动电压的绝对值小于由所述体区域和所述第1碳化硅半导体层构成 的体二极管的启动电压的绝对值， 所述主区域中所含的所述单位单元中的所述栅极电极以及所述感测区域中所含的所 述单位单元中的所述栅极电极与所述栅极焊盘电连接， 所述主区域中所含的所述单位单元中的所述漏极电极以及所述感测区域中所含的所 述单位单元中的所述漏极电极与所述漏极焊盘电连接， 所述主区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第1源极焊盘电连接， 所述感测区域中所含的所述单位单元中的所述源极电极与所述第2源极焊盘电连接。
2. 根据权利要求1所述的半导体装置，其中， 所述体区域中的至少与所述第2碳化硅半导体层相接的区域的杂质浓度为IXIO18cm3 以上， 所述第2碳化娃半导体层的杂质浓度为IXIO17CnT3以上且4X10 18CnT3以下， 所述第2碳化硅半导体层的厚度为20nm以上且70nm以下。
3. 根据权利要求1或2所述的半导体装置，其中，还具备： 第1导电型的所述第1碳化硅半导体层，其位于所述主区域与所述感测区域的交界，并 位于所述半导体基板上；以及 第2导电型的元件分离区域，其设置于所述第1碳化硅半导体层， 在所述元件分离区域上未配置第2碳化硅半导体层。
4. 根据权利要求1~3中任一项所述的半导体装置，其中， 所述半导体装置还具备沟槽，该沟槽贯通所述体区域以及所述源极区域，并到达所述 第1碳化娃半导体层。
5. 根据权利要求1~4中任一项所述的半导体装置，其中， 所述感测区域中流动的电流为IOOmA以下。
6. -种逆变器，具备： 支路，其由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及下臂当中至少一者是权利要求1至5中 任一项所述的半导体装置； 电流电压变换部，其与所述半导体装置的所述第2源极焊盘连接，并输出与在所述漏 极焊盘和所述第2源极焊盘之间流动的电流的值对应的值的电压；以及 栅极电压控制部，其基于从所述电流电压变换部输出的所述电压，来对施加至所述半 导体装置的所述栅极焊盘的电压进行控制。
7. 根据权利要求6所述的逆变器，其中， 所述电流电压变换部包含： 运算放大器，其具有反相输入端子、非反相输入端子以及输出端子；以及 电阻，其对所述反相输入端子与所述输出端子进行连接。
8. 根据权利要求7所述的逆变器，其中， 所述运算放大器是双电源类型。
9. 根据权利要求6~8中任一项所述的逆变器，其中，还具备： 平滑电容器，其与所述支路并联连接； 电压检测部，其对所述平滑电容器的电压进行检测；以及 再生电力消耗电路，其包含用于将从负载向所述逆变器流动的再生电流作为热进行消 耗的电阻、以及对所述电阻中流动的再生电流进行控制的开关元件， 所述栅极电压控制部将由所述电压检测部检测出的所述平滑电容器的电压与基准电 压值进行比较，在所述平滑电容器的电压超过所述基准电压值的情况下，控制所述开关元 件以使在所述电阻中流动所述再生电流。
10. 根据权利要求6~9中任一项所述的逆变器，其中，还具备： 平滑电容器，其与所述支路并联连接；以及 电压检测部，其对所述平滑电容器的电压进行检测， 所述栅极电压控制部将由所述电压检测部检测出的所述平滑电容器的电压与基准电 压值进行比较，在所述平滑电容器的电压超过所述基准电压值的情况下，使施加至所述栅 极焊盘的电压为负。
11. 根据权利要求6~8中任一项所述的逆变器，其中，还具备： 平滑电容器，其与所述支路并联连接；以及 再生电力消耗电路，其包含用于将从负载向所述逆变器流动的再生电流作为热进行消 耗的电阻、以及对所述电阻中流动的再生电流进行控制的开关元件， 所述栅极电压控制部将从所述电流电压变换部输出的输出电压的值与反向基准电压 值进行比较，在所述输出电压的绝对值超过所述反向基准电压值的情况下，控制所述开关 元件的动作以使在所述电阻中流动所述再生电流。
12. 根据权利要求6~8中任一项所述的逆变器，其中， 所述逆变器还具备与所述支路并联连接的平滑电容器， 所述栅极电压控制部将从所述电流电压变换部输出的输出电压的值与反向基准电压 值进行比较，在所述输出电压的绝对值超过所述反向基准电压值的情况下，使施加至所述 栅极焊盘的电压为负。
13. -种逆变器的控制方法，该逆变器具备支路以及与所述支路并联连接的平滑电容 器，所述支路由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及下臂当中至少一者是权利要求1至5中 任一项所述的半导体装置， 所述逆变器的控制方法包含： 对所述平滑电容器的电压进行检测的步骤；以及 将所述平滑电容器的电压与基准电压值进行比较，在所述平滑电容器的电压超过所述 基准电压值的情况下，使施加至所述栅极焊盘的电压为负的步骤。
14. 一种逆变器的控制方法，该逆变器具备支路、与所述支路并联连接的平滑电容器、 电流电压变换部以及再生电力消耗电路，所述支路由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及 下臂当中至少一者是权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，所述电流电压变换部与 所述半导体装置的所述第2源极焊盘连接，并输出与在所述漏极焊盘和所述第2源极焊盘 之间流动的电流的值对应的值的电压，所述再生电力消耗电路包含用于将从负载向所述逆 变器流动的再生电流作为热进行消耗的电阻、以及对所述电阻中流动的再生电流进行控制 的开关元件， 所述逆变器的控制方法包含： 对从所述电流电压变换部输出的输出电压的值进行检测的步骤；以及 将从所述电流电压变换部输出的输出电压的值与反向基准电压值进行比较，在所述输 出电压的绝对值超过所述反向基准电压值的情况下，使所述开关元件进行动作以在所述电 阻中流动所述再生电流的步骤。
15. -种逆变器的控制方法，该逆变器具备支路、与所述支路并联连接的平滑电容器、 以及电流电压变换部，所述支路由上臂以及下臂构成，且所述上臂以及下臂当中至少一者 是权利要求1至5中任一项所述的半导体装置，所述电流电压变换部与所述半导体装置的 所述第2源极焊盘连接，并输出与在所述漏极焊盘和所述第2源极焊盘之间流动的电流的 值对应的值的电压， 所述逆变器的控制方法包含： 对从所述电流电压变换部输出的输出电压的值进行检测的步骤；以及 将从所述电流电压变换部输出的输出电压的值与反向基准电压值进行比较，在所述输 出电压的绝对值超过所述反向基准电压值的情况下，使施加至所述栅极焊盘的电压为负的 步骤。
【专利摘要】本发明提供一种半导体装置及使用其的逆变器。半导体装置具备：栅极焊盘、相互绝缘的第1源极焊盘以及第2源极焊盘、漏极焊盘、主区域、和用于对正向电流以及反向电流进行检测的感测区域。主区域以及感测区域分别包含并联连接的多个单位单元，感测区域中所含的单位单元的数量小于主区域中所含的单位单元的数量。分别地，主区域内的单位单元的源极电极与第1源极焊盘连接，感测区域内的单位单元的源极电极与第2源极焊盘连接。
【IPC分类】H01L21-76, H01L27-04, H02M7-48, H01L29-78, H01L29-12
【公开号】CN104781923
【申请号】CN201480002917
【发明人】楠本修, 中田秀树, 赤松庆治, 内田正雄
【申请人】松下知识产权经营株式会社
【公开日】2015年7月15日
【申请日】2014年7月4日
【公告号】US20150280611, WO2015004891A1