载电流。跨过可变电阻元件190的电场减小，可变电阻元件190返回到高阻抗状态中并且整体有效空穴发射极效率减少到初始值。
[0067]在图3C中，可变电阻元件190可以在受控路径CP中与第二二极管结构DS串联连接，该受控路径CP在漂移区121和第一负载电极310之间与IGFET单元TP电并联。
[0068]接通和切断可变电阻元件190可以改进空穴在短路或电流过载状况下从漂移区121到第一负载电极310的消散。并联路径可以替换地降低跨过IGFET单元的并联MOS沟道的电压降，并且由此减少在短路状况期间并行流经半导体主体100的电流。结果，半导体主体100同时加热到较低的温度。当半导体器件500从电流过载状况返回时，归因于电流过载状况的半导体主体100中的高温恢复(cure)可变电阻元件190。
[0069]图4A至4C涉及具有可变电阻元件190的IGBT 501，该可变电阻元件190在电流过载状况的情况下临时增加在IGBT 501背侧的集电极结构129的空穴发射极效率。
[0070]IGBT 501基于如关于图1A至IB详细描述的半导体主体100。半导体主体100包括定向到背侧并且直接毗连第二表面102的漂移和背侧结构120。漂移和背侧结构120包括第一电导率类型的漂移区121并且与第二表面102隔开。
[0071]第二电导率类型的发射极区域140形成在第一表面101与漂移和背侧结构120之间，并且与漂移区121形成第一 pn结pnl。发射极区域140的部分、漂移区121和进一步掺杂的区域、绝缘体结构以及高导电结构形成电连接和/或耦合到IGBT 501的发射极端子E和栅极端子G的控制部段CS。当施加在栅极端子G处的电势超过/降至预定阈值以下和相反时，控制部段CS将发射极端子E与发射极区域140电连接。根据实施例，控制部段包括具有电连接至发射极端子E的主体区和源极的IGFET单元，其中栅极电极电连接至栅极端子G，并且其中发射极区域140的部分与IGFET单元的耗尽区一样有效。IGFET单元可以是横向的IGFET单元，其中栅极电极形成在半导体主体100的轮廓外部，或IGFET单元可以是垂直的IGFET单元，其中栅极电极形成在从第一表面101延伸到半导体主体100中的栅极沟道中。控制部段CS可以包括进一步结构，诸如浮置掺杂区域、阻挡层和/或场电极，其中所述场电极可以电连接至发射极端子E。
[0072]漂移和背侧结构120可以包括直接毗连第二表面102的集电极结构129以及将漂移区121与集电极结构129分离的第一导电率类型的缓冲层或场停止层128。场停止层128中的平均掺杂剂浓度可以是漂移区121中的平均掺杂剂浓度的至少五倍。集电极结构129包括第二电导率类型的轻掺杂的第一部段129a。第一部段129a与场停止层128或漂移区121形成pn结。沿着第二表面102，第一部段129a中的最大掺杂剂浓度足够高来确保与形成第二负载电极320的金属的欧姆接触。第一部段129a中的最大掺杂剂浓度在1E16和1E18 cm 3 之间。
[0073]集电极结构129进一步包括更重掺杂的第二部段129b以及可变电阻元件190，该可变电阻元件190临时将第二部段129b与第二负载电极320、场停止层128、或在不存在邻接的场停止层128的情况下与漂移区121连接。重掺杂的第二部段12%结合电阻元件190可以具有比轻掺杂的第一部段129a更大的垂直延伸。
[0074]辅助电介质290将重掺杂的第二部段129b与轻掺杂的第一部段129a分离。作为示例，辅助电介质290可以包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅中的至少一个。第二部段129b中的最大掺杂剂浓度与第一部段129a中的最大掺杂剂浓度的比率可以在从3:1到500:1的范围内，例如在从10:1到100:1的范围内。
[0075]如图4B中所图示，可变电阻元件190可以布置在第二负载电极320和重掺杂第二部段129b之间。
[0076]在图4C中，可变电阻元件190布置在场停止层128和重掺杂第二部段129b之间。
[0077]在图4D中，重掺杂的第二部段129b的部段将可变电阻元件190与场停止层128和第二负载电极320两者分离。可变电阻元件190夹在集电极结构129的重掺杂第二部段129b的两个部段之间。
[0078]可变电阻元件190可以具有关于图2A至2D更详细描述的配置中的任何配置。根据所图示的实施例，可变电阻元件190包括基于氧化硅的元件基体192，场停止层128的毗连部分、第二部段129b和/或第二负载电极320与兀件电极一样有效。
[0079]在图4A至4D的实施例中，集电极结构129是有效的，作为具有在正常操作模式中的低空穴发射极效率以及在短路或电流过载状况期间的高空穴发射极效率的自适应或“智能”空穴发射极。在正常操作模式中，可变电阻元件190处于高电阻状态，使得集电极结构129的重掺杂第二部段12%被禁用并且电学上不活跃。集电极结构129的第一部段129a的掺杂剂浓度/面积剂量(areal dose)相对低，使得在IGBT 501的导电模式中，漂移区121中的电荷载流子等离子体密度低并且动态损耗在关闭期间低。
[0080]在短路或过电流事件的情况下，高电流在垂直方向上流经半导体主体100，从而导致跨过高欧姆元件基体192的显著的电压降。当电压降超过可变电阻元件190的设置电压时，可变电阻元件190的电阻显著减少例如到少于高电阻状态中的电阻的1%。集电极结构129的重掺杂第二部段12%被启用，并且变为电学上活跃的。集电极结构129的总空穴发射极效率显著增加，由此防止了定向到第二表面102的漂移和背侧结构120的部分中的负场梯度的发展，并且以此方式贡献了更高的短路耐受度。
[0081]当IGBT 501在切断短路电流之后从短路状况恢复时，集电极结构129没有高电场。半导体主体100仍被加热高到至少200°C以上的温度，例如至少300°C。半导体主体100中内在的热能在从短路状况恢复之后立即在没有电场的情况下复位可变电阻元件190，这可以基于电阻切换元件。
[0082]诸如忆阻器的电阻切换元件包括例如基于氧化硅(S1x)基体的元件基体192。在短路状况下，有效电场将S1x基体中的氧空位安排到元件电极之间的邻接丝(filament)，从而导致具有增加的硅原子部分(与氧原子相比较)的路径。当电场消散时，热引起的氧空位的扩散溶解所述丝并且电阻切换元件恢复高电阻状态。
[0083]集电极结构129返回到具有低空穴发射极效率的状态，从而导致低的切换损耗。图5A至?中图示的IGBT 501的集电极结构129包括漂移区121的电导率类型的反向掺杂的第三部段129c。关于进一步细节，对图4A至4D的描述进行参考。
[0084]可变电阻元件190结合反向掺杂第三部段129c是有效的，作为在一侧上的漂移区121或场停止层128和在相对侧的第二负载电极320之间的自控制或“智能”短路。
[0085]在正常操作模式中，可变电阻元件190处于高电阻状态，使得短路被禁用。在过电流状况的情况下，例如在短路事件中，跨过集电极结构129的电压降设置假定为低阻抗状态的可变电阻元件190。短路得到启用并且变得活跃，使得通过短路的低阻抗电连接场停止层128，或在不存在所述场停止层128的情况下，电连接漂移区121到第二负载电极320。可变电阻元件190展现出对电场消失的限定的响应时间。由此，响应时间由直到电阻切换元件的元件基体192中的导电丝已被热溶解的时间来限定。在响应时间期间，短路使由之前过电流状况引起的热漏电流转向，使得热漏电流的双极放大显著地减少。以此方式，有源短路增加IGBT 501免于热损坏(destruct1n)事件的鲁棒性。
[0086]半导体主体100中的剩余热能溶解元件基体192中的电流丝，其中短路自动地得到禁用并且变得不活跃。IBGT 501的反向阻断能力完全恢复。禁用的反向掺杂第三部段129c仅在过载事件期间以及在过载事件之后立即影响空穴发射极效率，并且在正常操作模式中不活跃。与目标是相似效果的不具有可变电阻元件的自限制微短路相对比，反向掺杂第三部段129c的尺度没那么关键。
[0087]包括如在图5A至5D中图示的反向掺杂第三部段129c和可变电阻元件190的旁路结构能够在相同IGBT 501中与图4A至4D的智能发射极区域相结合。
[0088]图6A的IGBT 501基于如参考图4A至4D所描述的IGBT 501。另夕卜，图6A示出根据基于沟槽栅极结构150和场电极结构160的实施例的控制部段CS的细节。
[0089]控制部段CS可以包括IGFET单元T