的浪涌电流操作期间，栅极电压Vg处于第二阈值Vth，2或以上。在这种情况下，栅极电压Vg可以是20至25 V。因此，在发射极金属化件与集电极金属化件之间传导浪涌电流。也就是说，浪涌电流是由第一可开关区和第二可开关区传导的电流的和。由于电流传导能力(或者换言之，饱和电流Isat)在第二可开关区中比在第一可开关区中高得多，所以大部分浪涌电流由第二可开关区传导。在此背景下，电流传导能力可意味着在没有达到功率器件的Isat水平下的情况下传导高电流并保持低损耗(相应的Vce，sat)。例如，可以由功率器件在约25 V的栅极电压Vg下传导约700 A的浪涌电流，而额定电流在相同栅极电压下可以为50 A0
[0044]具体地，20V至25 V的第二阈值Vth,2使得能够使用常规栅极电压驱动器，其通常被设计成用于提供达到20V或25V的电压。此外，通过使用20V或25V的第二阈值Vth，2，即仅仅比用于正常操作的栅极电压高几伏的第二阈值Vth，2，第一可开关区中的可开关晶胞1la的栅极绝缘层315c可以并不由于具有过大栅极电压的第一可开关区的可开关晶胞1la的负担而被损坏，由此可以改善功率器件的寿命。
[0045]图3A至3H图示出功率器件的函数。
[0046]图3A图示出功率器件的输出特性，具体地作为集电极发射极电压Vce和栅极电压Vg的函数的布置在第一开关区中的开关晶胞1la和/或布置在功率器件100的第二可开关区中的可开关晶胞1lb的集电极电流Ic的饱和电流Isat。具体地，对于施加的集电极电流Ic而言，各集电极发射极电压Vce将在功率器件中逐渐发展。如从图3A可以看到的，集电极电流Ic基本上从第一集电极发射极电压Vce，I增加到第二集电极发射极电压Vce，2。对于大于第二集电极发射极电压Vce，2的集电极发射极电压Vce而言，集电极电流饱和至饱和电流Isat。具体地，饱和电流Isat对于大于第二集电极发射极电压Vce，2的集电极发射极电压Vce而言可具有恒定值，但是对于明显地超过第二集电极发射极电压Vce，2的集电极发射极电压Vce而言可再次地增加。如进一步从图3A可以看到的，额定电流可以是在略微在第一集电极发射极电压Vce，I的集电极发射极电压Vce下可传导的电流，即额定电流可以是可以在与到第二集电极发射极电压Vce，2相比更接近于第一集电极发射极电压Vce，I的集电极发射极电压Vce下可传导的电流。此电流可称为标称电流。如图3A中所示，饱和电流Isat可以是标称电流的四倍大。
[0047]此外，导致在第一集电极发射极电压Vce，I与第二集电极发射极电压Vce，2之间的集电极发射极电压Vce和饱和电流Isat的值的集电极电流Ic的值取决于施加于功率器件100的栅极或栅极电极结构315的栅极电压Vg。优选地，导致在第一集电极发射极电压Vce，l与第二集电极发射极电压Vce, 2之间的集电极发射极电压Vce和饱和电流Isat的值的集电极电流Ic的值随着增加的栅极电压Vg而增加。然而，常规功率器件是针对可以施加的特定范围的栅极电压而设计的。对于超过设计极限的栅极电压而言，栅极绝缘层可能被损坏。因此，增加栅极电压对于增加可以由功率器件传导的电流而言并不是可行方法。
[0048]因此，除布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la之外，功率器件100还包括布置在第二可开关区中的可开关晶胞101b。如从图3B可以看到的，如果施加大于第一阈值Vth，I的栅极电压Vg，则布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la变得导电以用于连续地传导额定电流，而如果施加大于第二阈值Vth，2的栅极电压Vg，则布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb变得导电以用于传导浪涌电流。具体地，布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb的跨导大于布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la的跨导。
[0049]也就是说，功率器件1la具有如图3C中所示的三个操作模式，即标称电流模式、饱和电流模式和浪涌电流模式，这取决于施加的栅极电压Vg和集电极电流Ic。对于标称电流模式而言，施加第一阈值Vth, I与第二阈值电压Vth, 2之间的栅极电压Vg，并且施加导致在第一集电极发射极电压Vce，l与第二集电极发射极电压Vce，2之间的集电极发射极电压Vce的集电极电流Ic。也就是说，功率器件100能够传导标称电流或额定电流。在饱和电流模式下，施加在第一阈值Vth，I与第二阈值电压Vth，2之间的栅极电压Vg，并且施加导致高于第二集电极发射极电压Vce，2的集电极发射极电压Vce的集电极电流Ic。也就是说，功率器件100能够通过将基本上在指定短路时间内易于发生的短路中的耗散功率限制在器件的临界毁坏能量以下来传导饱和电流Isat，其大于标称电流但具体地低到足以确保器件的适当短路稳健性。因此可由功率器件本身通过沟道夹断来限制饱和电流。此功率器件性质可被用来耐受低电感短路事件(例如DC链路短路)并限制达几微秒的发生电流。对于浪涌电流模式而言，施加高于第二阈值电压Vth，2的栅极电压Vg，并且施加导致在第一集电极发射极电压Vce，I与第二集电极发射极电压Vce，2之间的集电极发射极电压Vce的集电极电流Ic。也就是说，功率器件100能够传导高于第一可开关区的可开关晶胞1la的饱和电流Isat的浪涌电流。
[0050]图3D至3H图示出针对增加的栅极电压Vg的功率器件的操作。
[0051]如图3D中所示，对于低于第一阈值Vth, I的施加于功率器件100的栅极电压Vg而言，基本上没有集电极电流Ic被第一可开关区的可开关晶胞1la和第二可开关区的可开关晶胞1lb传导。
[0052]如图3E中所示，对于大于第一阈值Vth，I但小于第二阈值Vth，2的栅极电压Vg而言，集电极电流Ic被第一可开关区的可开关晶胞1la传导，但是没有集电极电流Ic被第二可开关区的可开关晶胞1lb传导。也就是说，功率器件100可操作用于传导额定电流。
[0053]如图3F中所示，对于略微在第二阈值Vth，2以上的栅极电压Vg而言，集电极Ic开始被第二可开关晶胞的可开关晶胞1lb传导。具体地，对于刚好在第二阈值Vth，2以上的栅极电压而言，由第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic可以小于由第一可开关区的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic。此外，由于与在图3E中描述的情况相比增加的栅极电压Vg，由第一可开关区的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic可大于在图3E中描绘的情况下传导的集电极电流Ic。然而，对于进一步增加的栅极电压Vg而言，由第一可开关区的可开关晶胞1la和第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic之间的关系可以不同。
[0054]具体地，如图3G中所示，对于大于第二阈值Vth，2的栅极电压Vg而言，由第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic可大于由第一可开关区的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic。具体地，对于超过第二阈值Vth，2的栅极电压Vg而言，由第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic可以是由第一可开关区的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic的几倍高。也就是说，功率器件可操作用于传导浪涌电流，其为额定电流的至少五倍、具体地十倍、优选地十至二十倍大。
[0055]因此，额定电流可对应于针对大于第一阈值Vth，I但小于第二阈值Vth，2的栅极电压Vg由第一可开关区的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic，而浪涌电流可对应于针对大于第二阈值Vth，2的栅极电压Vg由第一可开关区的可开关晶胞1la和第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic。对于超过第二阈值Vth，2例如几伏的栅极电压Vg而言，浪涌电流可被由第二可开关区的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic主导或者主要由其确定。
[0056]如图3H中所示，每个任意单位的栅极电压Vg的功率器件100的饱和电流Isat的增加对于在第二器件阈值Vth，2以上的栅极电压Vg而言比对于在第一阈值Vth，I与第二器件阈值Vth，2之间的栅极电压Vg而言更高。也就是说，对于在第二器件阈值Vth，2以上的栅极电压而言，功率器件100的电流传导能力被第二可开关区的可开关晶胞1lb改善。这可以通过布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb的斜率(在传输特性中)高于布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la的斜率来促进，如图3B中所示。换言之，第二可开关区的可开关晶胞1lb的跨导高于第一可开关区的可开关晶胞1la的跨导。因此，对于在第二阈值Vth，2以上的栅极电压Vg的每次任意增加而言，由布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb传导的集电极电流Ic的增加高于由布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la传导的集电极电流Ic的增加。
[0057]图4示出了阈值电压对主体区的掺杂浓度和/或栅极绝缘层的厚度的相关性的图表。例如，图4中所示的传输特性可以是功率器件的，诸如针对约4.5 kV的电压设计的IGBT(绝缘栅双极晶体管)。
[0058]如从图4可以看到的，可以通过改变主体区312的掺杂浓度和/或栅极绝缘层315c的厚度来改变可开关区1I a、1I b的阈值电压。具体地，阈值Vth，I和Vth，2可随着主体区312的增加的掺杂浓度和/或随栅极绝缘层315c的增加的厚度而增加。例如，可在功率器件的制造期间增加第一可开关区的可开关晶胞的阈值电压，即第一阈值Vth，I，使得各可开关晶胞变成第二可开关区的可开关晶胞。
[0059]因此，可以制造在单个芯片上具有第一和第二可开关区的功率器件。具体地，可以通过对第一和第二可开关区使用几乎相同的处理步骤并改变某些处理步骤来制造具有第一和第二可开关区的功率器件。例如，可介绍附加掩蔽步骤以对第一可开关区和第二可开关区施加主体区312的不同掺杂剂浓度。
[0060]图5A至示出了根据实施例的可开关晶胞。
[0061]图5A至5D每个在左侧示出第一可开关区的可开关晶胞1la并在右侧示出第二可开关区的可开关晶胞101b。在所示示例中，可开关晶胞101a、101b是沟槽类型的，即提供沟槽型功率器件。然而，该相同概念也适用于平面功率器件。此外，功率器件100可包括稍后将更详细地描述的闲置或不活动晶胞101c。在图5A至C中，在第一可开关区的可开关晶胞1la与第二可开关区的可开关晶胞1lb之间提供闲置晶胞101c。
[0062]根据可以与其它实施例组合的图5A中所示的实施例，每个主体区312包括具有高于主体区312的掺杂浓度的主体区313，其中，布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la的ρ主体区313的各部分具有与布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb的ρ主体区313的各部分的掺杂浓度不同的掺杂浓度。在典型实施例中，P主体区313可如图5A中所示被夹在主体区312与漂移区306之间，或者可替换主体区312或者可通过主体区312与漂移区306分离或者可落在主体区312内。也就是说，基本上，与第一可开关区的可开关晶胞1la相比，可增加第二可开关区的可开关晶胞1lb的有效主体区的掺杂浓度。
[0063]优选地，布置在第二可开关区中的可开关晶胞1lb的ρ主体区313的各部分具有比布置在第一可开关区中的可开关晶胞1la的ρ主体区的各部分的掺杂浓度高的掺杂浓度。因此，可以获得比第一可开关区的第一阈值Vth，I高的第二可开关区的第二阈值Vth，2。此夕卜，可以改善第