半導體二極體、電子元件、電壓耦合變換器和控制方法
2023-07-26 10:02:06
專利名稱：半導體二極體、電子元件、電壓耦合變換器和控制方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體二極體、電子元件以及電壓耦合變換器。本發明還涉及一種用於電壓耦合變換器的控制方法。
背景技術：
藉助於變換器將確定電壓、頻率和相數的交流系統變換成另一個電壓、頻率和必要時相數的交流系統。電壓耦合變換器(Spannungszwischenkreis-umrichter)用於進行雙重變換方法的變換。輸入的交流首先被整流。直流電壓在級間耦合電路被平滑，並且在反相換流器中變換成另一個電壓和頻率的交流。此外，還可以將變換器用於對其中電壓在時間上規則變化的系統進行變換，而不會出現電壓過零點。
在大功率電子線路的電壓耦合變換器中，作為元件使用了有源半導體開關(可開關的大功率半導體，例如，MOSFET(金屬氧化半導體場效應電晶體)、IGBT(絕緣柵極雙極性電晶體)、雙極性電晶體、GTO(Gate Turn OffThyristor，選通關斷可控矽)、IGCT(Integrated Gate Commutated Thyristor，集成柵極整流可控矽))以及空轉二極體。空轉二極體是這樣的二極體，其在大功率電子線路的電路中用於在將電感中存儲的電能或者電荷進行關斷或者變換的過程中提供釋放能量或者電荷的電流路徑。
可開關的大功率半導體的接通速度，在電壓耦合變換器中受到空轉二極體所需要的直到其可以接收電壓的時間的限制。該時間又受到由於最終載流子速度造成的狀態延遲的限制。這點特別出現在電流和電壓的變化極其快速的時候。該狀態延遲尤其產生於下列情況二極體在電流導通階段中載流子過載，該載流子在相位變化(即截止方向的變換)以及與此相關的整流(即電流方向的變換)中必須在二極體能夠接收電壓之前首先被清除。這種在二極體轉換中待清除的載流子被稱為存儲電荷，而二極體有關的特性被稱為反向恢復特性。
因此，在電壓耦合變換器中空轉二極體的反向恢復特性受到了限制，特別是清除存儲電荷所需的時間、也就是有源半導體開關允許的接通速度受到了限制。在二極體可以接收電壓之前，必須清除存儲電荷。這點產生了在二極體以及在半導體開關中的損耗功率。
通過有源半導體開關足夠慢的接通速度可以保證空轉二極體的可靠運行。在設計變換器的大小時必須考慮所形成的損耗功率。這點導致了更大的冷卻開銷，或者導致大功率半導體更大的晶片面積，或者限制了變換器的運行頻率。
迄今為止，在電壓耦合變換器中採用基於矽的PIN二極體以及(在較小電壓下的)肖特基二極體。
獨立於並且不針對電壓耦合變換器，由Schrder(Schrder，Dierk「Elektrische Antriebe 3-Leistungselektronische Bauelemente」，Springer出版社，柏林，1996，第373至377頁)公開了不同類型的MOS(金屬氧化半導體)受控二極體(MCD)。公開了各種類型的MCD。在所有描述的MCD中藉助於MOS控制頭(即一個通過半導體材料絕緣設置的門電極)在元件的兩種狀態之間進行轉換。這些狀態的特徵如下狀態1較小的導通電阻，高的存儲電荷、截止能力狀態2較高的導通電阻，較小或無存儲電荷，沒有或者僅僅有很低的截止能力在狀態1中，所有描述的MCD與具有高摻雜p區域的PIN二極體的特性一致，即元件在導通狀態下導電良好。此外，其具有截止能力，只不過必須在從導通方向過渡到截止方向時清除高的存儲電荷。
在狀態2中，所描述的MCD根據不同的實施方式與一個接通的MOSFET或者肖特基二極體的特性一致，也就是說，在導通狀態下具有比在狀態1中更差的導通能力，由於肖特基結而不具有或者僅僅具有極小的截止能力，不過，沒有或者僅僅有極少在電流方向改變時必須被清除的存儲電荷。
所有所描述的MCD是這樣構造的，即通過施加一個門電壓而由n或p導電的通道來橋接一個p或n摻雜的半導體區域。因此，MCD的轉換影響到該導電的通道的建立和撤銷。由此，在狀態2中通過一個另外的電流通路「繞過」該p-n結。因此，在狀態2中p-n結不具有截止能力。於是，MCD的狀態2的特徵在於沒有截止能力，或者如同肖特基二極體的特性一樣僅僅有很低的截止能力。
因為狀態1具有很小的導通電阻，在導通狀態下應該設置到該狀態。在截止狀態下MCD僅僅可以處於狀態1，因為狀態2沒有或者僅僅有很低的截止能力，所以不能接收或只能接收很小的電壓。不過，在電流方向改變時，即在從導通狀態向截止狀態過渡時，MCD應該處於狀態2，因為該狀態與狀態1相反不具有或者僅僅有很少的存儲電荷。因此，為了獲得MCD的最佳特性，在電流方向變換時，即在從導通狀態向截止狀態過渡時，MCD應該首先處於狀態1然後轉換到狀態2，僅僅實現電流方向的改變，隨後轉換到狀態1，以實現截止。
在該由Schrder描述的MCD中的缺點是，上述用於優化MCD從導通狀態向截止狀態過渡的方法是非常費事的，並且對於控制脈衝的時間順序的反應是嚴格的。
發明內容
因此，本發明要解決的技術問題是，提供一種新的半導體二極體，其中可以在不同導通電阻和不同存儲電荷的狀態之間進行轉換，而從導通狀態向截止狀態的優化過渡被簡化，並因此與控制脈衝的時間順序的關係不是嚴格的。本發明要解決的技術問題還有，將該半導體二極體集成在電子元件中。
此外，還要提供一種電壓耦合變換器，其中減小了在整流過程中要從空轉二極體清除的存儲電荷並因此減小了開關損耗能量，以實現電壓耦合變換器的較高的接通速度。此外，本發明的技術問題還在於，提供一種用於這種電壓耦合變換器的控制方法。
按照本發明，上述關於半導體二極體的技術問題是通過權利要求1或權利要求5的特徵而解決的，優選的實施方式和擴展在從屬於權利要求1或權利要求5的權利要求中給出。
關於將半導體二極體集成在電子元件中的技術問題，是通過引用權利要求5至23的權利要求24的特徵而解決的，優選的實施方式和擴展在從屬於權利要求24的權利要求中給出。
涉及電壓耦合變換器的部分的技術問題，是通過引用權利要求1至23的權利要求33的特徵而解決的，優選的實施方式和擴展在從屬於權利要求33的權利要求中給出。
涉及控制方法的部分的技術問題，是通過引用權利要求33至43的權利要求44的特徵而解決的，優選的實施方式和擴展在從屬於權利要求44的權利要求中給出。
根據權利要求1，關於半導體二極體的本發明是基於這樣的思路，即，提供一種具有至少一個p-n結的半導體二極體，其可以在第一狀態和第二狀態之間進行轉換，其中，-第二狀態與第一狀態相比具有更大的導通電阻，-第二狀態與第一狀態相比具有更小的存儲電荷，-該p-n結可以既在第一狀態又在第二狀態下截止，分別具有至少一種可以預定的截止能力。
按照本發明實現的優點尤其在於，在一個可以在不同導通電阻和不同存儲電荷的狀態之間進行轉換的二極體中，半導體二極體從導通狀態向截止狀態的優化過渡被簡化，並因此與控制脈衝的時間順序的關係不是嚴格的。該優點的基礎在於，按照本發明的半導體二極體具有一個p-n結，該p-n結在兩種狀態下都是可以截止的，並且具有至少一種對於每種狀態都預定的截止能力，因此在截止情況下半導體二極體在兩種狀態中均被截止。在此，截止能力被理解為，二極體在截止情況下(即，在二極體的截止方向上施加電壓)可以接收電壓，並且最大只能流通極其微小的截止電流。截止能力的大小可以通過在截止情況下的擊穿電壓來定義。
按照一種擴展，半導體二極體的截止能力的特徵在於，在截止情況下在半導體二極體的第一和第二狀態下的擊穿電壓至少為100V，優選地至少為1000V。
在本發明的一種適當的實施方式中，以在截止情況下的擊穿電壓為特徵的所述截止能力在半導體二極體的第一和第二狀態下處於相同的數量級，也就是說，捨入到下一個十的冪會導致相同的結果。
在本發明的一種優選的實施方式中，半導體二極體包括門電極和第一電極，其中，通過改變在門電極和第一電極之間施加的電壓而實現在半導體二極體的第一狀態和第二狀態之間的轉換。
根據權利要求5，本發明的思路還在於提供一種半導體二極體，其包括-預定給第一區域的傳導類型，
-具有與第一區域相反設置的傳導類型的第二區域，-在第一區域和第二區域之間構成的p-n結，-與第一區域直接電連接(即尤其是與其構成歐姆接觸)的第一電極，-與第二區域直接電連接(即尤其是與其構成歐姆接觸)的第二電極，-通過第一區域和/或第二區域的絕緣層分開設置在p-n結和/或第一區域的區域中的門電極，-其中，通過將電壓施加在第一電極和門電極之間，可以改變、即提高或降低在第一區域中的多數載流子濃度。
在此，在第一區域中預定的傳導類型被理解為，由p摻雜或者n摻雜的半導體材料組成第一區域。在第二區域中相反設置的傳導類型意味著，第二區域與第一區域相反地進行摻雜，也就是說，如果第一區域p摻雜則第二區域n摻雜，反之亦然。
第一電極、第二電極和門電極可以由金屬製成。
門電極、絕緣層以及第一和第二區域的半導體材料構成一種MIS(金屬絕緣半導體)觸點。因為在門電極和第一電極之間施加的電壓控制了在第一區域中的多數載流子濃度，因此該MIS觸點也被稱為MIS控制頭。由此，共同涉及一種受MIS控制的二極體。除了在第一區域中通過MIS控制頭對多數載流子濃度進行控制之外，還自動地同時設置了在第二區域中的載流子濃度。
根據本發明的受MIS控制的半導體二極體尤其具有在權利要求1中給出的狀態，因此可以被視為根據權利要求1至4中任一項的半導體二極體的優選的實施方式。這些狀態可以如下地標誌出第一狀態較小的導通電阻，高的存儲電荷、截止能力第二狀態較高的導通電阻，極小的存儲電荷、截止能力在此，相對量「較小」或「極小」以及「較高」或「高的」分別表示在另一種狀態中的相同特徵。
與由現有技術公開的MOS控制二極體的區別尤其在於，按照本發明的二極體在第二狀態(該狀態否則的話要與按照現有技術的狀態2對應)中具有一個帶有截止能力的p-n結。因此，在電流方向改變時(即在從導通狀態向截止狀態過渡時)，為了獲得受MIS控制的二極體的最佳特性，按照本發明的受MIS控制的二極體首先如同按照現有技術的MOS控制二極體一樣處於第一狀態(現有技術中的狀態1)，然後轉換到第二狀態(現有技術中的狀態2)。這樣實現了電流方向的改變。不過，此時去掉了在按照現有技術的狀態1中的立刻轉換，因為與現有技術不同，按照本發明的受MIS控制的二極體在第二狀態中也具有一個帶有截止能力的p-n結，因此在第二狀態中也實現了截止。由此，簡化了半導體二極體從導通狀態向截止狀態的優化過渡並因此與控制脈衝的時間順序的關係不是嚴格的。
儘管所有由Schrder描述的MOS控制二極體這樣構成，即與狀態1不同，通過建立導電的通道以及以此為條件在p-n結上開啟電流路徑來確定狀態2，而按照本發明的受MIS控制的半導體二極體則通過在第一區域中的不同多數載流子濃度來定義該狀態。在這種情況下，p-n結不是由一個替代的電流路徑「繞過」。由此，二極體在兩種狀態下均具備p-n結的截止能力。
根據按照本發明的半導體二極體的一種擴展，門電極既不覆蓋直到第一電極的第一區域，也不覆蓋直到第二電極的第二區域。
在本發明的一種優選的實施方式中，半導體二極體的第一區域和/或第二區域是作為層構成的。
此外，也可以將門電極與第一區域和/或第二區域之間的絕緣層作為氧化層構成。由此，半導體二極體的MIS觸點在這種具體的擴展中是MOS觸點。
根據本發明的一種實施方式，第一區域由鄰接第一電極的第一部分區域以及鄰接第二區域並與其構成p-n結的第二部分區域組成，其中，在第一部分區域中的摻雜比在第二部分區域中的摻雜更高。此外，在這種情況下還可以將門電極僅僅設置在第一區域的第一部分區域的範圍中。
根據本發明半導體二極體的另一種擴展，第二區域由鄰接第一區域並與其構成p-n結的第一部分區域以及鄰接第二電極的第二部分區域構成，其中，在第一部分區域中的摻雜比在第二部分區域中的摻雜更低。為得到所要求的抗擊穿能量，這種結構在大功率電子電路的元件中是常見的。按照一種適當的實施方式，第二區域的第一部分區域和/或第二部分區域是作為層構成的。
在本發明的第一實施方式變形中，在第一區域中的摻雜比在第二區域的第二部分區域中的摻雜更低。
在該第一實施方式變形的擴展中，第二區域的第二部分區域在第二電極和該第二區域的第一部分區域之間的範圍內，利用其電荷類型與該第二區域的電荷類型相反的島而實現。
在本發明的第二實施方式變形中，在第一區域中的摻雜比在第二區域的第二部分區域中的摻雜更高。
在該半導體二極體的一種擴展中，第一區域是n摻雜的區域。第二區域則是p摻雜。因此，在將第二區域分成兩部分的情況下，第一部分區域是p負摻雜的部分區域，而第二部分區域是p正摻雜的部分區域。在第一區域n摻雜的情況下第一電極是陰極，第二電極是陽極。
在該半導體二極體的一種替代的擴展中，所述第一區域是p摻雜的區域。第二區域則是n摻雜。因此，在將第二區域分成兩部分的情況下，第一部分區域是n負摻雜的部分區域，而第二部分區域是n正摻雜的部分區域。在第一區域p摻雜的情況下第一電極是陽極，第二電極是陰極。因此，在門電極和第一電極之間施加的電壓可以記為門-陽極電壓uGA。
如果觀察在第一區域p摻雜情況下的上述第一實施方式變形，則這種半導體二極體在沒有施加門-陽極電壓的條件下處於上面定義的第二狀態中，也就是說，與第一狀態相應該半導體二極體表現為高的導通電阻和極小的存儲電荷。合適的是，將摻雜特性和載流子壽命這樣設置，使得二極體在這種狀態下具有一種柔和的反向恢復特性，即尾電流的衰減相對平緩地進行。通過施加負的門-陽極電壓將提高在p摻雜的第一區域中的空穴濃度，隨後二極體處於第一狀態，也就是說，與第二狀態相應該二極體具有低的導通電阻和高的存儲電荷。由此，二極體狀態之間的轉換通過接通以及斷開負的門-陽極電壓而實現。
如果觀察在第一區域p摻雜情況下的上述第一實施方式變形的擴展，則第二區域的第二部分區域與第一部分區域相比具有高的n摻雜。這種高n摻雜的第二部分區域用p島實現。這點具有這樣的優點，即，在半導體二極體從第一狀態向第二狀態的過渡中將在第二區域的極低n摻雜的第一部分區域中的空穴迅速清除。
如果觀察在第一區域p摻雜情況下的上述第二實施方式變形，則在第一區域中的p摻雜大於在第二區域的第二部分區域中的n摻雜。在沒有施加門-陽極電壓的條件下半導體二極體處於上面定義的第一狀態中，該狀態相對於第二狀態表現為小的導通電阻和高的存儲電荷。通過施加正的門-陽極電壓將降低在p摻雜的第一區域中的空穴濃度，隨後二極體具有高的導通電阻和極小的存儲電荷，由此其處於第二狀態。
第一區域的n摻雜帶來類似的結論，只不過交換相應的傳導類型的給定(n或p)。
在一種適當的技術上的擴展中，本發明的半導體二極體是按照平面結構實現的。在一種特別優選的替代實施方式中二極體是按照溝渠結構(作為溝道元件(Trench-Element))或者按照MESA結構實現的。
按照本發明的半導體二極體的第一區域和/或第二區域可以是基於矽或者碳化矽SiC或者砷化鎵GaAs製成的。門電極與第一區域和/或第二區域之間的絕緣層是由氧化矽構成的。
在本發明的一種擴展中，為半導體二極體設置了用於在第一電極和門電極之間施加電壓的控制裝置。這種控制裝置使得可以通過對所施加的電壓進行控制而將半導體二極體在第一和第二狀態之間進行受控的轉換。
按照權利要求24，本發明關於電子元件基於這樣的考慮，即提供一種具有至少一個晶片的電子元件，該晶片包括多個根據本發明的半導體二極體作為單元。該晶片被稱為第一類型的晶片。
按照根據本發明的電子元件的一個優選的實施方式，在模塊外殼中集成了至少一個第一類型的晶片以及至少一個包括多個可開關大功率半導體作為單元的晶片。具有多個可開關大功率半導體的晶片被稱為第二類型的晶片。
在需要時，可以在模塊外殼中並行連接兩個或多個第一類型的晶片。作為替換或者額外地，也可以在模塊外殼中將一個或多個第一類型的晶片與一個或多個第二類型的晶片錯接成為單一開關和/或半橋(相位)和/或多個相位。
在帶有模塊外殼的電子元件的一種優選的實施方式中，第一類型晶片的每個半導體二極體的門連接，分別與該二極體所屬的、第二類型晶片的可開關大功率半導體的門連接分開地從所述模塊外殼中引出，並且分別具有一個接觸位置。
按照帶有模塊外殼的電子元件的一種替代的實施方式，第一類型晶片的每個半導體二極體的門連接，與該二極體所屬的、第二類型晶片的可開關大功率半導體的門連接在所述模塊外殼內部連接，使得為用戶(即對外)僅僅給出一個接觸位置。
在一種擴展中，在帶有模塊外殼的電子元件中為可開關大功率半導體設置了輔助發射極連接以及輔助陰極連接和/或輔助陽極連接以及輔助集電極連接。於是優選的是這樣一種結構，其中可開關大功率半導體的輔助發射極連接以及輔助陰極連接與屬於該可開關大功率半導體的半導體二極體的輔助陽極連接相連接。
在此，輔助連接被理解為這樣的連接，其中與大功率連接不同僅僅流動較小的控制電流。
在帶有模塊外殼的電子元件的另一種優選的實施方式中，除了所述一個或多個第一類型的晶片以及一個或多個第二類型的晶片之外，還在模塊外殼中集成了用於第一類型晶片的半導體二極體和/或第二類型晶片的可開關大功率半導體的控制電路或者部分控制電路。
按照權利要求33，本發明關於電壓耦合變換器基於這樣的考慮，即提供一種電壓耦合變換器，其具有至少一個根據本發明的半導體二極體和至少一個大功率半導體。在此，作為半導體二極體可以採用每個所述實施方式變形和擴展。
按照本發明的半導體二極體的使用提供了這樣的優點，即，通過在第一和第二狀態之間的轉換可以有針對性地充分利用對應於電壓耦合變換器的不同開關階段的相應狀態的優點。
在按照本發明的電壓耦合變換器的一種擴展中，這樣錯接半導體二極體，使得每個所述半導體二極體作為空轉二極體分配給可開關的大功率半導體。
這種組合提供了這樣的優點，即由此減小了在整流過程中由空轉二極體清除到可開關大功率半導體上的存儲電荷以及在相應控制半導體二極體狀態時的開關能耗。這點導致變換器損失功率減小，並因此允許極小的大功率半導體面積以及極小的冷卻開銷。
在一種優選的實施方式中，電壓耦合變換器具有至少一個用於對輸出交流系統進行變換的子系統，該輸出交流系統包括兩個本發明的半導體二極體和兩個可開關的大功率半導體。
在此，可開關的大功率半導體可以是MOSFET和/或IGBT和/或雙極性電晶體和/或GTO和/或IGCT。
按照本發明的電壓耦合變換器可以是兩點變換器或者三點變換器或者多點變換器。相位的數目分別是任意的。
在一種特別優選的擴展中，將可開關的大功率半導體串聯連接。在這種情況下，受MIS控制的二極體的減小的存儲電荷簡化了大功率半導體之間的電壓對稱。
通常，可開關大功率半導體以及所屬的空轉二極體需要一個控制電路。在本發明的電壓耦合變換器的一種適當的實施方式中，將大功率半導體的控制功能以及所屬的半導體二極體的控制功能集成在一個公共的控制電路中。這種控制功能的集成可以為一個或多個可開關大功率半導體實現。
此外，所述公共控制電路的特徵體現在公共的電壓供電。按照一種擴展，所述公共的電壓供電通過交流電壓源、隨後的變壓器和隨後的整流而實現。
作為替換或者附加地，所述公共控制電路的特徵還可以體現在公共的控制信號傳遞。按照一種擴展，所述公共的控制信號傳遞可以通過光電耦合器和/或光波導體和/或脈衝發送器(即用於信號傳輸的小型變壓器)而實現。
按照權利要求44，本發明關於用於按照本發明的電壓耦合變換器的控制方法基於這樣的考慮，即，按照時間順序依次確定對可開關大功率半導體以及所屬的根據本發明的半導體二極體的控制。這意味著，對半導體二極體在第一和第二狀態之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體的接通以及斷開具有確定的時間關係。此外，如果在電壓耦合變換器中具有多個可開關大功率半導體和半導體二極體則依次確定所有元件的開關過程。
在該控制方法的第一實施方式中，對半導體二極體在第一狀態和第二狀態之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體的斷開和/或接通具有時間關係。
在控制方法的第一實施方式的一種優選的擴展中，-在電壓耦合變換器中具有第一可開關大功率半導體和第二可開關大功率半導體，以及第一可開關大功率半導體所屬的根據本發明的第一半導體二極體和第二可開關大功率半導體所屬的根據本發明的第二半導體二極體，
-首先接通第一可開關大功率半導體、斷開第二可開關大功率半導體，第一半導體二極體處於第一狀態而第二半導體二極體處於第二狀態，-在第一時刻將第一半導體二極體從第一狀態轉換到第二狀態，-在第二時刻斷開第一可開關大功率半導體，-在第三時刻接通第二可開關大功率半導體，-在第四時刻將第二半導體二極體從第二狀態轉換到第一狀態。
因此，在實施了該控制方法的第一實施方式之後，第一可開關大功率半導體斷開，第二可開關大功率半導體接通，第一半導體二極體處於第二狀態，而第二半導體二極體處於第一狀態。
在控制方法的該第一實施方式中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻在第二時刻之前，或者第二時刻在第一時刻之前。
在控制方法的第一實施方式的第一變形中，按照單個步驟的時間順序，第三時刻在第四時刻之前，或者第四時刻在第三時刻之前。此外，在該第一變形中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻和第二時刻在第三時刻和第四時刻之前，也就是第一和第二時刻中較遲的時刻在第三和第四時刻較早中的時刻之前。在控制方法的第一實施方式的該第一變形中，半導體二極體在第一狀態中的截止能力不是強迫地必需的，也就是說，控制方法的該變形也可以利用其它類型的半導體二極體來實現。
在控制方法的第一實施方式的第二變形中，按照單個步驟的時間順序，第四時刻在第二時刻之前。
在控制方法的第二實施方式中，對半導體二極體在第一狀態和第二狀態之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體的斷開具有時間關係。在該第二實施方式的條件下，二極體在接通所屬可開關大功率半導體時的轉換不是必須的。
在控制方法的第二實施方式的優選擴展中，-在電壓耦合變換器中具有第一可開關大功率半導體和第二可開關大功率半導體，以及第一可開關大功率半導體所屬的根據本發明的第一半導體二極體和第二可開關大功率半導體所屬的根據本發明的第二半導體二極體，-首先接通第一可開關大功率半導體、斷開第二可開關大功率半導體，第一半導體二極體處於第一狀態而第二半導體二極體處於第二狀態，
-在第一時刻將第一半導體二極體從第一狀態轉換到第二狀態，-在第二時刻斷開第一可開關大功率半導體，-在第三時刻接通第二可開關大功率半導體，-在第四時刻將第一半導體二極體從第二狀態轉換到第一狀態。
因此，在實施了該控制方法的第二實施方式之後，第一可開關大功率半導體斷開，第二可開關大功率半導體接通，第一半導體二極體如開始那樣處於第一狀態。第二半導體二極體在整個控制方法中保持不變地處於第一狀態。
在控制方法的第二實施方式的第一變形中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻和第二時刻在第三時刻之前，而第三時刻在第四時刻之前。在此，按照單個步驟的時間順序，第一時刻可以在第二時刻之前，或者第二時刻可以在第一時刻之前。
在控制方法的第二實施方式的第二變形中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻在第二時刻之前。此外，在該第二變形中，按照單個步驟的時間順序，第四時刻在第三時刻之前。如果第一可開關大功率半導體是流通電流的，則按照單個步驟的時間順序，還有第四時刻在第二時刻之前。在控制方法的第二實施方式的第二變形中，半導體二極體在第二狀態中的截止能力不是強迫地必需的，也就是說，控制方法的該變形也可以利用其它類型的半導體二極體來實現。
在控制方法的第一以及第二實施方式的優選擴展中，緊接在從第一可開關大功率半導體向第二可開關大功率半導體的轉換之後的從第二可開關大功率半導體向第一可開關大功率半導體的反向轉換，對應於從第一可開關大功率半導體向第二可開關大功率半導體的轉換過程而進行。這樣，在對單個步驟的描述中只需分別用第二可開關大功率半導體來替代第一可開關大功率半導體和反過來，以及用第二半導體二極體來替代第一半導體二極體和反過來。
下面藉助於優選實施方式進一步解釋本發明。其中參考附圖。圖中圖1表示在第一常規二極體中的載流子分布與按照本發明的半導體二極體的一種實施方式中載流子分布的對比，
圖2表示作為溝道元件實現的、按照本發明的半導體二極體的一種具體的實施方式，圖3表示帶有可開關大功率半導體和按照本發明的半導體二極體的電壓耦合變換器的一種實施方式的電路圖，圖4表示按照第一實施方式的控制方法的開關順序，圖5表示按照第二實施方式的控制方法的開關順序。
具體實施例方式
圖1示意地示出了在常規的PIN二極體(即具有結構p區域-本徵層(「內部層」，這裡為n負摻雜)-n區域)的導通狀態下載流子分布n，p，以及在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的狀態和在施加負的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的狀態下，根據上述第一實施方式變形在第一區域6進行p摻雜情況下(即，具有與n負摻雜區域8相比低的p摻雜的第一區域6)的、按照本發明的三層半導體二極體的導通狀態載流子分布n，p。在此，p摻雜的區域6是第一區域。n負摻雜的區域7是第二區域7、8的第一部分區域，而n正摻雜的區域8是第二區域7、8的第二部分區域。
在圖1的下部區域示出了穿過二極體10的適應性斷面。p摻雜的區域6位於二極體10的該斷面圖的左側區域中。該p摻雜區域在這裡示出的第一實施方式變形中相對於n正摻雜的區域8來說摻雜較低。在該p摻雜的區域6上鄰接一個與其它區域相比已經n負摻雜的區域7。「n負」表示，該區域相對於n正摻雜的區域8來說摻雜較低。n正摻雜的區域8在右側與n負摻雜的區域7鄰接。
在該通過二極體10的適應性斷面之上，圖1中按照x-y圖的形式示出了載流子分布n，p。在此，x軸表示在下面示意地描繪的二極體10中的位置，而在y軸上可以讀出載流子濃度n，p的大小。
在x-y圖中示出了三條載流子分布。用K1表示的曲線再現了在常規PIN二極體中的載流子分布；用K2表示的曲線再現了在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的條件下在一種按照本發明的、三層的、按照第一實施方式變形在第一區域6進行p摻雜的半導體二極體中的載流子分布；而用K3表示的曲線再現了在施加負的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的條件下按照本發明的同一二極體中的載流子分布。負的門-陽極電壓意味著，二極體的門極相對於二極體的陽極極性為負。
在示出的例子中，按照本發明的半導體二極體在負的門-陽極電壓uGA(uGA＜0V)的條件下具有與常規PIN二極體相同的導通電阻(參見曲線K1和K3)。不過在未施加門-陽極電壓uGA(uGA＝0V)的條件下，在整個n負摻雜的區域7中本發明的半導體二極體的載流子濃度n，p明顯低於常規的二極體在n負摻雜的區域7中的載流子濃度n，p。這點在圖1中由曲線K1與曲線K2的比較示出。因此，在本發明的二極體中的存儲電荷相對於常規PIN二極體明顯地減少了。
圖1還示出了，通過在本發明的二極體中施加門-陽極電壓，不僅可以設置在p區域6中的多數載流子濃度(沒有示出)，而且可以設置在n負摻雜的區域7的陽極一側的載流子濃度n，p。這點由曲線K2與曲線K3的比較示出。在此，n負摻雜的區域7的陽極一側是與p摻雜的區域6鄰接的一側，在圖1中是n負摻雜的區域7的左側。在n負摻雜的區域7的右側(即陰極一側)上的載流子濃度在本發明的兩種狀態之下(即，uGA＝0V和uGA＜0V)基本上大小相同。n負摻雜的區域7中的一個區域越靠近左側(即靠近陽極一側)，則在本發明的二極體的兩種狀態(即，uGA＝0V和uGA＜0V)之間的載流子濃度n，p的差別越大。在uGA＜0V的條件下，在n負摻雜的區域7的陽極一側的載流子濃度n，p明顯大於在uGA＝0V下的載流子濃度n，p。其在n負摻雜的區域7的陽極一側甚至明顯高於常規PIN二極體的載流子濃度n，p。
自然地，在具有p摻雜的第一區域6的本發明的半導體二極體的另一個實施方式中，也可以設置其它載流子分布。不過特徵總是在於，通過施加門-陽極電壓可以設置在n負摻雜的區域7陽極一側上的載流子濃度。
因此，通過調整門-陽極電壓，除了改變在p摻雜的區域6中的多數載流子濃度並因此影響存儲電荷的主要目的之外，還改變了在n負摻雜區域7的陽極一側區域中的載流子濃度。由此，同樣影響了二極體的存儲電荷，並且是類似於在p摻雜的區域中的影響，即，在p摻雜的區域6中的存儲電荷的減少同樣導致在n負摻雜的區域7中的存儲電荷的減少，反之亦然。
圖2示出了通過本發明的二極體9的單元的可能實施方式的一個原理性截面。在所示實施方式中二極體9作為溝道元件實現。所示出的本發明的二極體9由p摻雜的區域6、與其鄰接的n負摻雜的區域7以及在n負摻雜的區域7與p摻雜的區域6相對一側上相鄰的n正摻雜的區域8組成。此外，二極體還有陽極以及陰極，其中，陰極設置在n正摻雜的區域8上與n負摻雜的區域7相對的一側並且覆蓋整個側面，而陽極設置在p摻雜的區域6上與n負摻雜的區域7相對的一側。p摻雜的區域6以及n負摻雜的區域的與該p摻雜的區域6鄰接的部分，具有比n負摻雜的區域7的剩餘範圍以及與其鄰接的n正摻雜的區域8明顯更小的面積。由於面積的減小，n負摻雜的區域7的空舍表面以及p摻雜的區域6的空餘側面完全由氧化層4所覆蓋。在該氧化層4之外，將門極5設置在p摻雜的區域6和n負摻雜的區域7之間的過渡區域中。因此，門極5、氧化層4以及p摻雜的區域6和n負摻雜的區域7構成MOS觸點。通過在門極5和陽極2之間施加電壓，可以對p摻雜的區域6中的載流子濃度施加影響。由此，可以設置半導體二極體9的不同狀態。因此所示出的半導體二極體是一種MOS受控二極體。
作為半導體材料可以對所有區域使用矽，這樣氧化層由氧化矽構成。陽極2、陰極3和門極5由金屬構成。
圖3示出了一種在此作為半橋的電壓耦合變換器的電路圖，該電壓耦合變換器具有可開關大功率半導體和按照本發明的半導體二極體。該電路圖包括兩個用T1和T2標記的可開關大功率半導體，以及兩個用D1和D2標記的半導體二極體。
圖4和圖5示例性地示出了針對在圖3中作為電路圖所示出的電壓耦合變換器的控制方法。作為該電壓耦合變換器的單個元件給出的是半導體二極體D1和D2以及可開關大功率半導體T1和T2。D1是屬於T1的空轉二極體，D2則是屬於T2的空轉二極體。對於每個元件D1，T1，D2，T2分別給出了兩種狀態，在控制方法進行時在這兩種狀態之間來迴轉換。在二極體D1和D2的情況下是狀態Z1和Z2。在此，Z1表示半導體的具有極小導通電阻和高的存儲電荷的狀態，而Z2表示半導體的具有高的導通電阻和極小存儲電荷的狀態。半導體二極體D1和D2在兩種狀態中都具有截止能力。兩個可開關大功率半導體T1和T2可以被接通和斷開。接通狀態和斷開狀態分別用「通」和「斷」來表示。
對於各元件D1，T1，D2，T2分別向右按照時間上的順序由對應的軌跡示出了各自的開關狀態。在此，在用P1表示的開關階段中示出了從T1轉換為T2時的控制方法，而在用P2表示的開關階段中示出了從T2轉換為T1時的控制方法。在圖4中用t1，t2，t3和t4示出了在開關階段P1(即從T1轉換為T2)中單個元件的轉換時間點，而在圖5中則用s1，s2，s3和s4示出。在用P2表示的開關階段(即從T2轉換為T1)中，控制方法的運行在圖4和圖5中都對應於從T1到T2的轉換(階段P1)進行。僅僅是單個元件D1和D2以及T1和T2的開關狀態相互地交換了，即，在階段P2中的D1的開關狀態在時間變化上對應於在階段P1中的D2的開關狀態，反之亦然。類似地，在階段P2中的T1的開關狀態在其時間變化上對應於在階段P1中的T2的開關狀態，反之亦然。
在圖4中所示出的控制方法說明了已經作為第一實施方式描述的控制方法。其中，半導體二極體D1，D2在第一狀態Z1和第二狀態Z2之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體T1，T2的斷開和/或接通有時間關係地實現。
從在圖4中示出的階段P1中單個步驟看出(1)在時刻t1D1從狀態Z1轉換到狀態Z2，(2)在時刻t2T1被斷開，(3)在時刻t3T2被接通，(4)在時刻t4D2從狀態Z2轉換到狀態Z1。
按照已經描述的控制方法的第一實施方式的第一變形，按照單個步驟的時間順序，兩個時刻t1和t2在時刻t3和t4之前。反之，時刻t2可以在時刻t1之前或之後。此外，按照單個步驟的時間順序，時刻t3可以在時刻t4之前或之後。在圖4中的表示中，對於第一實施方式具體地說，t1＜t2＜t3＜t4，即，t1在t2之前，t2在t3之前，以及t3在t4之前。
在控制方法第一實施方式的第二變形中，按照單個步驟的時間順序，時刻t4在時刻t2之前。反之，時刻t2可以在時刻t1之前或之後。
在圖5中所示出的控制方法說明了已經作為第二實施方式描述的控制方法。其中，每個半導體二極體D1和D2在第一狀態Z1和第二狀態Z2之間的轉換，都與所屬的可開關大功率半導體T1以及T2的斷開構成特定的時間關係。反之，可開關大功率半導體T1以及T2的接通則不需要轉換所屬的半導體二極體D1以及D2。
從在圖5中示出的階段P1中單個步驟看出
(1)在時刻s1D1從狀態Z1轉換到狀態Z2，(2)在時刻s2T1被斷開，(3)在時刻s3T2被接通，(4)在時刻s4D1從狀態Z2轉換到狀態Z1，因此再次處於輸出狀態。
由此，D1在與T1的斷開的特定時間關係中發生兩次轉換，而屬於T2的空轉二極體D2則在與T2接通的時間關係中不發生轉換，其在整個階段P1都處於狀態Z1。
在已經描述的控制方法的第二實施方式的第一變形，按照單個步驟的時間順序，兩個時刻s1和s2在時刻s3和s4之前。反之，時刻s2可以在時刻s1之前或之後。此外，按照單個步驟的時間順序，時刻s3必須在時刻s4之前。在圖5中的表示中，對於第二實施方式具體地說，s1＜s2＜s3＜s4，即，s1在s2之前，s2在s3之前，以及s3在s4之前。
根據已經描述的控制方法第二實施方式的第二變形，按照單個步驟的時間順序，時刻s4在時刻s3之前，以及時刻s1在時刻s2之前。如果T1是導通電流的，則時刻s4必須在時刻s2之前。
權利要求
1.一種具有至少一個p-n結的半導體二極體，該半導體二極體可以在第一狀態和第二狀態之間進行轉換，其中，a)所述第二狀態與所述第一狀態相比具有更大的導通電阻，b)所述第二狀態與所述第一狀態相比具有更小的存儲電荷，c)所述p-n結可以既在該第一狀態又在該第二狀態下分別以至少一種可以預定的截止能力截止。
2.根據權利要求1所述的半導體二極體，其中，所述截止能力的特徵在於，在截止情況下在該第一和第二狀態中的擊穿電壓至少為100V，優選地至少為1000V。
3.根據權利要求1或2所述的半導體二極體，其中，以在截止情況下的擊穿電壓為特徵的所述截止能力在所述半導體二極體的第一和第二狀態中處於相同的數量級。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的半導體二極體，包括a)門電極，b)第一電極，c)其中，通過改變在門電極和第一電極之間施加的電壓實現在第一狀態和第二狀態之間的轉換。
5.一種特別是根據權利要求1至4中任一項所述的半導體二極體，包括a)預定給第一區域(6)的傳導類型，b)具有與第一區域(6)相反設置的傳導類型的第二區域(7，8)，c)在第一區域(6)和第二區域(7，8)之間構成的p-n結，d)與第一區域(6)直接電連接的第一電極(2)，e)與第二區域(7，8)直接電連接的第二電極(3)，f)通過第一區域(6)和/或第二區域(7，8)的絕緣層分開設置在p-n結和/或第一區域(6)的區域中的門電極(5)，g)其中，通過將電壓施加在第一電極(2)和門電極(5)之間，可以改變、即提高或降低在第一區域中的多數載流子濃度，特別是按照一個在5至100範圍內的因數進行改變。
6.根據權利要求5所述的半導體二極體，其中，所述門電極(5)既不覆蓋直到第一電極(2)的第一區域(6)，也不覆蓋直到第二電極(3)的第二區域(7，8)。
7.根據權利要求5或6所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)和/或第二區域(7，8)是作為層構成的。
8.根據權利要求5至7中任一項所述的半導體二極體，其中，門電極(5)與第一區域(6)和/或第二區域(7，8)之間的絕緣層(4)是作為氧化層構成的。
9.根據權利要求5至8中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)由鄰接第一電極(2)的第一部分區域以及鄰接第二區域(7，8)並與該第二區域構成p-n結的第二部分區域組成，其中，在第一部分區域中的摻雜比在第二部分區域中的摻雜更高。
10.根據權利要求9所述的半導體二極體，其中，將所述門電極(5)僅僅設置在所述第一區域(6)的第一部分區域的範圍中。
11.根據權利要求5至10中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第二區域(7，8)由鄰接第一區域(6)並與該第一區域構成p-n結的第一部分區域(7)以及鄰接第二電極(3)的第二部分區域(8)構成，其中，在第一部分區域(7)中的摻雜比在第二部分區域(8)中的摻雜更低。
12.根據權利要求11所述的半導體二極體，其中，所述第二區域(7，8)的第一部分區域(7)和/或第二部分區域(8)是作為層構成的。
13.根據權利要求11或12所述的半導體二極體，其中，在所述第一區域(6)中的摻雜比在所述第二區域(7，8)的第二部分區域(8)中的摻雜更低。
14.根據權利要求13所述的半導體二極體，其中，所述第二區域(7，8)的第二部分區域(8)在第二電極(3)和該第二區域(7，8)的第一部分區域(7)之間的範圍內，利用其電荷類型與該第二區域(7，8)的電荷類型相反的島而實現。
15.根據權利要求11或12所述的半導體二極體，其中，在第一區域(6)中的摻雜比在第二區域(7，8)的第二部分區域(8)中的摻雜更高。
16.根據權利要求5至15中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)是n摻雜的區域。
17.根據權利要求5至15中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)是p摻雜的區域。
18.根據權利要求5至17中任一項所述的半導體二極體，其中，所述半導體二極體是按照平面結構或者溝渠結構或者MESA結構實現的。
19.根據權利要求5至18中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)和/或第二區域(7，8)是在基於矽製成的。
20.根據權利要求19所述的半導體二極體，其中，所述在門電極(5)與第一區域(6)和/或第二區域(7，8)之間的絕緣層(4)是由氧化矽構成的。
21.根據權利要求5至20中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)和/或第二區域(7，8)是基於碳化矽SiC製成的。
22.根據權利要求5至21中任一項所述的半導體二極體，其中，所述第一區域(6)和/或第二區域(7，8)是基於砷化鎵GaAs製成的。
23.根據權利要求5至22中任一項所述的半導體二極體，其中，設置了控制裝置用於在所述第一電極(2)和門電極(5)之間施加電壓。
24.一種具有至少一個第一類晶片的電子元件，該晶片包括多個根據權利要求5至23中任一項所述的半導體二極體。
25.根據權利要求24所述的電子元件，其中，該電子元件具有一個模塊外殼，在該模塊外殼中集成了至少一個第一類型的晶片以及至少一個第二類型的晶片，後者包括多個可開關大功率半導體作為單元。
26.根據權利要求25所述的電子元件，其中，並行連接了兩個或多個第一類型的晶片。
27.根據權利要求25或26所述的電子元件，其中，一個或多個第一類型的晶片與一個或多個第二類型的晶片錯接成為單一開關和/或半橋(相位)和/或多個相位。
28.根據權利要求25至27中任一項所述的電子元件，其中，第一類型晶片的每個半導體二極體的門連接，分別與該二極體所屬的、第二類型晶片的可開關大功率半導體的門連接分開地從所述模塊外殼中引出，並且具有一個接觸位置。
29.根據權利要求25至28中任一項所述的電子元件，其中，第一類型晶片的每個半導體二極體的門連接，分別與該二極體所屬的、第二類型晶片的可開關大功率半導體的門連接在所述模塊外殼內部連接，使得對外僅僅給出一個接觸位置。
30.根據權利要求25至29中任一項所述的電子元件，其中，為所述可開關大功率半導體設置輔助發射極連接以及輔助陰極連接和/或輔助陽極連接以及輔助集電極連接。
31.根據權利要求30所述的電子元件，其中，所述可開關大功率半導體的輔助發射極連接以及輔助陰極連接，與屬於該可開關大功率半導體的半導體二極體的輔助陽極連接相連。
32.根據權利要求25至3 1中任一項所述的電子元件，其中，除了所述一個或多個第一類型的晶片以及一個或多個第二類型的晶片之外，還在所述模塊外殼中集成了用於對第一類型晶片的半導體二極體和/或第二類型晶片的可開關大功率半導體的控制電路或者部分控制電路。
33.一種電壓耦合變換器，其具有至少一個根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)和至少一個可開關的大功率半導體(T1，T2)。
34.根據權利要求33所述的電壓耦合變換器，其中，每個根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)是所述可開關大功率半導體(T1，T2)的空轉二極體。
35.根據權利要求34所述的電壓耦合變換器，其具有至少一個用於對輸出交流系統的相位進行變換的子系統，該輸出交流系統包括兩個根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)和兩個可開關大功率半導體(T1，T2)。
36.根據權利要求33至35中任一項所述的電壓耦合變換器，其中，所述可開關大功率半導體(T1，T2)是MOSFET和/或IGBT和/或雙極性電晶體和/或GTO和/或IGCT。
37.根據權利要求33至36中任一項所述的電壓耦合變換器，其中，所述電壓耦合變換器是兩點變換器或者三點變換器或者多點變換器，其中相位的數目分別是任意的。
38.根據權利要求33至37中任一項所述的電壓耦合變換器，其中，將所述可開關大功率半導體(T1，T2)串聯連接。
39.根據權利要求33至38中任一項所述的電壓耦合變換器，其中，將至少一個可開關大功率半導體(T1，T2)的控制功能以及所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)的控制功能集成在一個公共的控制電路中。
40.根據權利要求39所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共控制電路的特徵體現在公共的電壓供電。
41.根據權利要求40所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共的電壓供電通過交流電壓源連同隨後的變壓器和隨後的整流而實現。
42.根據權利要求33至41中任一項所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共控制電路的特徵體現在公共的控制信號傳遞。
43.根據權利要求42所述的電壓耦合變換器，其中，所述公共的控制信號傳遞通過光電耦合器和/或光波導體和/或脈衝發送器而實現。
44.一種用於根據權利要求33至43中任一項所述的電壓耦合變換器的控制方法，其中，按照時間順序依次確定對可開關大功率半導體(T1，T2)以及所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)的控制。
45.根據權利要求44所述的控制方法，其中，根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)在第一狀態(Z1)和第二狀態(Z2)之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體(T1，T2)的斷開和/或接通有時間關係地實現。
46.根據權利要求45所述的控制方法，其中，a)在電壓耦合變換器中具有第一可開關大功率半導體(T1)和第二可開關大功率半導體(T2)，以及第一可開關大功率半導體(T1)所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的第一半導體二極體(D1)和第二可開關大功率半導體(T2)所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的第二半導體二極體(D2)，b)首先接通第一可開關大功率半導體(T1)、斷開第二可開關大功率半導體(T2)，第一半導體二極體(D1)處於第一狀態(Z1)而第二半導體二極體(D2)處於第二狀態(Z2)，c)在第一時刻(t1)將第一半導體二極體(D1)從第一狀態(Z1)轉換到第二狀態(Z2)，d)在第二時刻(t2)斷開第一可開關大功率半導體(T1)，e)在第三時刻(t3)接通第二可開關大功率半導體(T2)，f)在第四時刻(t4)將第二半導體二極體(D2)從第二狀態(Z2)轉換到第一狀態(Z1)。
47.根據權利要求46所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻(t1)在第二時刻(t2)之前，或者第二時刻(t2)在第一時刻(t1)之前。
48.根據權利要求46或47所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第三時刻(t3)在第四時刻(t4)之前，或者第四時刻(t4)在第三時刻(t3)之前。
49.根據權利要求46至48中任一項所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻(t1)和第二時刻(t2)在第三時刻(t3)和第四時刻(t4)之前。
50.根據權利要求46或47所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第四時刻(t4)在第二時刻(t2)之前。
51.根據權利要求44所述的控制方法，其中，對根據權利要求1至23中任一項所述的半導體二極體(D1，D2)在第一狀態(Z1)和第二狀態(Z2)之間的轉換，與所屬的可開關大功率半導體(T1，T2)的斷開有時間關係地實現。
52.根據權利要求51所述的控制方法，其中，a)在電壓耦合變換器中具有第一可開關大功率半導體(T1)和第二可開關大功率半導體(T2)，以及第一可開關大功率半導體(T1)所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的第一半導體二極體(D1)和第二可開關大功率半導體(T2)所屬的根據權利要求1至23中任一項所述的第二半導體二極體(D2)，b)首先接通第一可開關大功率半導體(T1)、斷開第二可開關大功率半導體(T2)，第一半導體二極體(D1)處於第一狀態(Z1)而第二半導體二極體(D2)處於第一狀態(Z1)，c)在第一時刻(s1)將第一半導體二極體(D1)從第一狀態(Z1)轉換到第二狀態(Z2)，d)在第二時刻(s2)斷開第一可開關大功率半導體(T1)，e)在第三時刻(s3)接通第二可開關大功率半導體(T2)，f)在第四時刻(s4)將第一半導體二極體(D1)從第二狀態(Z2)轉換到第一狀態(Z1)。
53.根據權利要求52所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻(s1)和第二時刻(s2)在第三時刻(s3)之前，而第三時刻(s3)在第四時刻(s4)之前。
54.根據權利要求52或53所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻(s1)在第二時刻(s2)之前，或者第二時刻(s2)在第一時刻(s1)之前。
55.根據權利要求52所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第一時刻(s1)在第二時刻(s2)之前，而第四時刻(s4)在第三時刻(s3)之前。
56.根據權利要求52或55所述的控制方法，其中，按照單個步驟的時間順序，第四時刻(s4)在第二時刻(s2)之前。
57.根據權利要求46至50中任一項或者根據權利要求52至56中任一項所述的控制方法，其中，緊接著從第一可開關大功率半導體(T1)向第二可開關大功率半導體(T2)的轉換的從第二可開關大功率半導體(T2)向第一可開關大功率半導體(T1)的反向轉換，對應於從第一可開關大功率半導體(T1)向第二可開關大功率半導體(T2)的轉換過程進行。
全文摘要
本發明涉及一種半導體二極體、電子元件以及電壓耦合變換器。按照本發明，具有至少一個p－n結的半導體二極體(9)可以在第一狀態和第二狀態之間進行轉換，所述pn結位於p摻雜的區域(6)和n摻雜的區域(7)之間，其中，第二狀態與第一狀態相比具有更大的導通電阻以及更小的存儲電荷，而該p－n結可以在第一狀態和第二狀態下分別以至少一種可以預定的截止能力截止。此外，半導體二極體還具有陰極(3)、陽極(2)和門極(5)，該門極和氧化層(4)一起構成MOS結構。由此得到一種MOS受控二極體，其中導通狀態向截止狀態的過渡被簡化，並因此與控制脈衝的時間順序的關係不是嚴格的。
文檔編號H02M5/458GK1754263SQ200480005203
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月18日 優先權日2003年2月26日
發明者馬克-馬賽厄斯·巴克蘭, 漢斯-岡特爾·埃克爾 申請人:西門子公司