DE102015121722B4 - Strommessung in einem Leistungshalbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauelement (1), umfassend einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12) und einen Halbleiterkörper (10), der mit dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12), wobei das Halbleiterbauelement (1) ferner Folgendes umfasst:
- eine Steuerelektrode (131), die elektrisch von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern eines Teils des Laststrompfads;
- eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode (132), die an die Steuerelektrode (131) angrenzend angeordnet ist, wobei die Sensorelektrode (132) von sowohl dem Halbleiterkörper (10) als auch von der Steuerelektrode (131) elektrisch isoliert ist und kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist und sich mindestens so weit entlang einer Vertikalrichtung (Z) erstreckt wie die Steuerelektrode (131); und
- einen Graben (13), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang der Vertikalrichtung (Z) erstreckt, wobei der Graben (13) sowohl die Sensorelektrode (132) als auch die Steuerelektrode (131) beinhaltet;

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Schrift bezieht sich auf Ausführungsformen eines Halbleiterbauelements, auf Ausführungsformen von Schaltungsanordnungen und auf Ausführungsformen für ein Verfahren zum Steuern eines Halbleiterbauelements. Insbesondere bezieht sich diese Schrift auf eine Strommessung in einem Leistungshalbleiterbauelement, wie etwa einem MOS-basierten Leistungshalbleiterbauelement, beispielsweise auf eine kapazitive Strommessung in einem Leistungshalbleiterbauelement.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Viele Funktionen moderner Vorrichtungen in Automobil-, Verbraucher- und Industrieanwendungen, wie etwa das Umwandeln elektrischer Energie und das Antreiben eines Elektromotors oder einer Elektromaschine hängen von Halbleiterbauelementen ab. Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs), Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Dioden, um nur einige zu nennen, sind zum Beispiel für verschiedenste Anwendungen verwendet worden, einschließlich unter anderem Schalter in Stromversorgungen und Leistungswandlern.
  • Ein Halbleiterbauelement wird üblicherweise dafür entworfen, ständig unter Nennbedingungen zu arbeiten, gemäß denen beispielsweise ein Laststrom normalerweise einen Nennwert nicht für länger als eine vorherbestimmte Zeitdauer überschreitet.
  • Nichtsdestotrotz kann ein Halbleiterbauelement gelegentlich einem Überlaststrom ausgesetzt werden, der signifikant höher als ein Nennlaststrom ist. Beispielsweise kann der Grund für einen solchen Überlaststrom ein Kurzschluss in einer Komponente einer Stromversorgung und/oder einer Last sein.
  • Selbst wenn das Halbleiterbauelement möglicherweise nicht dafür entworfen wurde, ständig in dem Überlastzustand zu arbeiten, kann es erforderlich sein, dass das Halbleiterbauelement dem Überlaststrom für eine gewisse Zeitdauer standhalten kann, ohne irgendwelche Schäden zu erleiden.
  • Um allerdings Beschädigung des Halbleiterbauelements aufgrund einer länger anhaltenden Überlastsituation zu vermeiden, ist es bekannt, den tatsächlichen Laststrom zu messen und die Steuerung des Halbleiterbauelements als Reaktion auf das Detektieren, dass der tatsächliche Laststrom den Nennwert übersteigt, anzupassen.
  • Die DE 199 00 313 B4 beschreibt, dass ein in einem Halbleitersubstrat über zwei Hauptelektroden fließende Hauptstrom als Reaktion auf ein Signal an einer Steuerelektrode gesteuert wird. Ein Spannungsmessabschnitt liegt gegenüber einem Halbleiterbereich, in dem sich ein elektrisches Potential basierend auf einer Änderung des Potentials der zweiten Hauptelektrode ändert.
  • Die DE 10 2009 028 049 B3 betrifft ein Leistungshalbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper und zwei Lastanschlüssen. Weiterhin ist eine Potenzialsonde vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, bei einer zwischen den beiden Lastanschlüssen anliegenden elektrischen Spannung ein an einem Abgreifort des Halbleiterkörpers vorliegendes elektrisches Zwischenpotenzial des Halbleiterkörpers abzugreifen, das zwischen den elektrischen Potenzialen der beiden Lastanschlüsse liegt, das sich jedoch von einem jeden der elektrischen Potenziale der beiden Lastanschlüsse unterscheidet..
  • Gemäß der US 2009/0 114 986A1 weist ein Feldplatten-Trenchtransistor weist einen Halbleiterkörper auf, in dem eine Trenchstruktur sowie eine in die Trenchstruktur eingebettete Elektrodenstruktur vorgesehen sind, wobei die Elektrodenstruktur durch eine Isolationsstruktur gegenüber dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert ist und eine Gateelektrodenstruktur sowie eine unterhalb und/oder neben der Gateelektrodenstruktur angeordnete und von dieser elektrisch isolierte Feldelektrodenstruktur aufweist. Der Feldplatten-Trenchtransistor weist einen in und/oder auf dem Halbleiterkörper vorgesehenen Spannungsteiler auf, der mit der Feldelektrodenstruktur elektrisch verbunden ist oder in diese integriert ist, wobei der Spannungsteiler so ausgestaltet ist, dass die Feldelektrodenstruktur auf ein zwischen Source- und Drainpotenzial liegendes Potenzial gesetzt wird.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Halbleiterbauelement einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und einen Halbleiterkörper, der mit dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner eine Steuerelektrode, die von dem Halbleiterkörper elektrisch isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern eines Teils des Laststrompfads; und eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode, die an die Steuerelektrode angrenzend angeordnet ist, wobei die Sensorelektrode von sowohl dem Halbleiterkörper als auch von der Steuerelektrode elektrisch isoliert und kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist und sich mindestens so weit entlang einer Vertikalrichtung erstreckt wie die Steuerelektrode. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang der Vertikalrichtung erstreckt, wobei der Graben sowohl die Sensorelektrode als auch die Steuerelektrode beinhaltet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst eine Schaltungsanordnung ein Halbleiterbauelement, einen Treiber und eine Auswerteeinheit. Das Halbleiterbauelement umfasst einen ersten Lastanschluss, einen zweiten Lastanschluss und einen Halbleiterkörper, der mit dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss; eine Steuerelektrode, die elektrisch von dem Halbleiterkörper isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern des Laststrompfads; und eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode, wobei die Sensorelektrode sowohl von dem Halbleiterkörper als auch von der Steuerelektrode elektrisch isoliert und kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist und sich mindestens so weit entlang einer Vertikalrichtung erstreckt wie die Steuerelektrode. Das Halbleiterbauelement umfasst ferner einen Graben, der sich in den Halbleiterkörper entlang der Vertikalrichtung erstreckt, wobei der Graben sowohl die Sensorelektrode als auch die Steuerelektrode beinhaltet. Der Treiber umfasst einen Steuersignalausgang, der elektrisch mit der Steuerelektrode gekoppelt ist. Die Auswerteeinheit umfasst einen Sensorsignaleingang, der elektrisch mit der Sensorelektrode gekoppelt ist und ausgelegt ist zum Empfangen eines Sensorsignals von der Sensorelektrode.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steuern eines Halbleiterbauelements präsentiert. Das Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper auf, der ausgelegt ist zum Betrieb in sowohl einem Leitungszustand, während dem ein Laststrom in einem Laststrompfad zwischen einem ersten Lastanschluss und einem zweiten Lastanschluss des Halbleiterbauelements geleitet wird, als auch in einem Sperrzustand, während dem eine zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss angelegte Spannung blockiert wird und ein Fluss des Laststroms verhindert wird. Das Verfahren umfasst das Ausgeben, mittels einer Steuerungseinheit, eines Steuersignals an eine Steuerelektrode des Halbleiterbauelements zum Versetzen des Halbleiterbauelements in den Leitungszustand oder den Sperrzustand; das Empfangen, von einer elektrisch potentialfreien Sensorelektrode, die elektrisch von sowohl dem Halbleiterkörper als auch der Steuerelektrode isoliert ist und die kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist, eines Sensorsignals, wobei das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigt, der von dem Halbleiterkörper geleitet wird; das Vergleichen, mittels einer Auswerteeinheit, des empfangenen Sensorsignals mit einem ersten Schwellenwertbereich innerhalb eines ersten Zeitintervalls; das Bestimmen eines Ergebnissignals in Abhängigkeit vom Vergleich; und das Ausgeben des Ergebnissignals an die Steuerungseinheit. Das Ausgeben umfasst das Ausgeben des Ergebnissignals derart, dass es einen ersten Betriebszustand des Halbleiterbauelements anzeigt, wenn sich das Sensorsignal während des ersten Zeitintervalls außerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet; und das Ausgeben des Ergebnissignals derart, dass es einen zweiten Betriebszustand des Halbleiterbauelements anzeigt, wenn sich das Sensorsignal innerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet.
  • Zusätzliche Merkmale und Vorteile sind für den Fachmann bei der Lektüre der folgenden ausführlichen Beschreibung und bei der Betrachtung der begleitenden Zeichnungen ersichtlich.
  • Figurenliste
  • Die Teile in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, stattdessen wird Wert auf veranschaulichende Prinzipien der Erfindung gelegt. Darüber hinaus bezeichnen in den Figuren gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile. In den Zeichnungen gilt:
    • 1 veranschaulicht als erläuterndes Beispiel schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements;
    • 2 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer perspektivischen Ansicht auf ein Halbleiterbauelement gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 4 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer perspektivischen Ansicht auf ein Halbleiterbauelement gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 5 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines Blockdiagramms einer Schaltungsanordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 6 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines Diagramms einiger Aspekte von Schaltungsanordnungen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 7A-B veranschaulichen jeweils schematisch einen Abschnitt eines Diagramms einiger Aspekte einer Schaltungsanordnung gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 8 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Steuern eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
    • 9 veranschaulicht als erläuterndes Beispiel schematisch eine beispielhafte Darstellung eines Halbleiterbauelements.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann.
  • In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „unterhalb“, „vorderer“, „hinter“, „rück“, „anführend“, „anhängend“, „unter“, „über“ usw. unter Bezugnahme auf die Ausrichtung der beschriebenen Figuren verwendet. Weil Teile von Ausführungsformen in einer Reihe verschiedener Ausrichtungen positioniert sein können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise beschränkend.
  • Es wird nun ausführlich auf verschiedene Ausführungsformen Bezug genommen, von welchen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren veranschaulicht sind. Jedes Beispiel wird als Erklärung bereitgestellt und soll die Erfindung nicht einschränken. Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben werden, können beispielsweise auf oder kombiniert mit andere(n) Ausführungsformen angewendet werden, um eine weitere Ausführungsform zu ergeben. Die vorliegende Erfindung soll solche Änderungen und Variationen einschließen. Die Zeichnungen sind nicht maßstabgerecht und dienen allein veranschaulichenden Zwecken. Zum Zwecke der Klarheit wurden in den verschiedenen Zeichnungen dieselben Elemente oder Herstellungsschritte mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet, sofern nichts anderes angegeben ist.
  • Der Begriff „horizontal“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, soll eine Ausrichtung im Wesentlichen parallel zu einer horizontalen Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder eines Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Halbleiterwafers oder eines Chips sein. Sowohl die unten erwähnte erste seitliche Richtung X als auch die zweite seitliche Richtung Y können beispielsweise horizontale Richtungen sein, wobei die erste seitliche Richtung X und die zweite seitliche Richtung Y senkrecht zueinander stehen können.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der horizontalen Oberfläche ausgerichtet ist, d.h. parallel zu der Normalen der Oberfläche des Halbleiterwafers. Die unten erwähnte Erstreckungsrichtung Z kann zum Beispiel eine vertikale Richtung sein, die sowohl zur ersten seitlichen Richtung X als auch zur zweiten seitlichen Richtung Y senkrecht steht.
  • In dieser Spezifikation wird auf n-dotiert als ein „erster Leitfähigkeitstyp“ Bezug genommen, wohingegen auf p-dotiert als ein „zweiter Leitfähigkeitstyp“ Bezug genommen wird. Alternativ dazu können gegensätzliche Dotierungsbeziehungen eingesetzt werden, so dass der erste Leitfähigkeitstyp p-dotiert und der zweite Leitfähigkeitstyp n-dotiert sein kann.
  • Ferner kann sich der Ausdruck „Dotierungskonzentration“ in dieser Spezifikation auf eine gemittelte Dotierungskonzentration oder entsprechend auf eine mittlere Dotierungskonzentration oder auf eine Flächenladungsträgerkonzentration einer spezifischen Halbleiterregion oder Halbleiterzone beziehen, wie etwa einer Halbleiterregion in einem Graben. Demnach kann z.B. eine Aussage, dass eine spezifische Halbleiterregion eine bestimmte Dotierungskonzentration zeigt, die vergleichsweise höher oder niedriger als eine Dotierungskonzentration einer anderen Halbleiterregion ist, angeben, dass sich die entsprechenden mittleren Dotierungskonzentrationen der Halbleiterregionen voneinander unterscheiden.
  • Im Kontext der vorliegenden Spezifikation sind die Ausdrücke „in ohmschem Kontakt“, „in elektrischem Kontakt“, „in ohmscher Verbindung“ und „elektrisch verbunden“ dafür gedacht, zu beschreiben, dass es eine niederohmige elektrische Verbindung oder einen niederohmigen Strompfad zwischen zwei Regionen, Abschnitten, Zonen, Anteilen oder Teilen eines Halbleiterbauelementes oder zwischen verschiedenen Anschlüssen eines oder mehrerer Bauelemente oder zwischen einem Anschluss oder einer Metallisierung oder einer Elektrode und einem Anteil oder einem Teil eines Halbleiterbauelementes gibt. Ferner ist der Ausdruck „in Kontakt stehen“ im Kontext dieser Spezifikation dafür gedacht, zu beschreiben, dass es eine direkte physische Verbindung zwischen zwei Elementen des entsprechenden Halbleiterbauelementes gibt; z.B. beinhaltet ein Übergang zwischen zwei miteinander in Kontakt stehenden Elementen möglicherweise kein weiteres Zwischenelement oder dergleichen.
  • Zusätzlich wird in diesem Kontext der Ausdruck „elektrische Isolation“ im Kontext seines allgemein gültigen Verständnisses, falls nicht anderweitig angegeben, verwendet und soll somit beschreiben, dass sich zwei oder mehrere Komponenten getrennt voneinander befinden und dass es keine ohmsche Verbindung gibt, die die Komponenten verbindet. Allerdings können Komponenten, die voneinander elektrisch isoliert sind, trotzdem miteinander gekoppelt sein, beispielsweise mechanisch gekoppelt und/oder kapazitiv gekoppelt und/oder induktiv gekoppelt sein. Um ein Beispiel anzuführen, können zwei Elektroden eines Kondensators voneinander elektrisch isoliert sein und gleichzeitig mechanisch und kapazitiv miteinander gekoppelt sein, z.B. mittels einer Isolierung, z.B. einem Dielektrikum.
  • Spezifische, in dieser Spezifikation beschriebene Ausführungsformen betreffen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, ein Leistungshalbleiterbauelement, wie etwa einen Leistungshalbleitertransistor, das innerhalb eines Leistungswandlers oder einer Stromversorgung verwendet werden kann. Somit ist das Halbleiterbauelement in einer Ausführungsform ausgelegt zum Führen eines Laststroms, der einer Last zugeführt werden soll und/oder der entsprechend von einer Stromversorgung bereitgestellt wird. Beispielsweise kann das Halbleiterbauelement eine oder mehrere Leistungshalbleiterzellen umfassen, wie etwa eine monolithisch integrierte Diodenzelle und/oder eine monolithisch integrierte Transistorzelle und/oder eine monolithisch integrierte IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte RC-IGBT-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOS-Gated-Dioden(MGD)-Zelle und/oder eine monolithisch integrierte MOSFET-Zelle und/oder Ableitungen davon. Derartige Diodenzellen und/oder derartige Transistorzellen können in einem Leistungshalbleitermodul integriert sein.
  • Der Ausdruck „Leistungshalbleiterbauelement“, wie er in dieser Spezifikation verwendet wird, ist dafür gedacht, ein Halbleiterbauelement auf einem Einzelchip mit Hochspannungssperr- und/oder Hochstromführungsfähigkeiten zu beschreiben. Mit anderen Worten gesagt, ist ein derartiges Leistungshalbleiterbauelement für Hochstrom, typischerweise im Ampere-Bereich von z.B. bis zu mehreren zehn oder hundert Ampere und/oder Hochspannungen typischerweise über 15 V, typischer 100 V und darüber, gedacht.
  • 9 veranschaulicht als erläuterndes Beispiel schematisch eine Darstellung eines Halbleiterbauelementes 1. Auf der Basis von 9 sollen einige beispielhafte Komponenten und Funktionen des Halbleiterbauelements 1 erläutert werden.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12. Mit sowohl dem ersten Lastanschluss 11 als auch dem zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt ist ein Halbleiterkörper 10, wobei der Halbleiterkörper 10 ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12. Beispielsweise wird der Laststrom dem Halbleiterkörper 10 mittels des zweiten Lastanschlusses 12 zugeführt und mittels des ersten Lastanschlusses 11 aus dem Halbleiterkörper 10 ausgegeben oder jeweils umgekehrt. Ferner kann das Halbleiterbauelement 1 in einer Ausführungsform ausgelegt sein zum bidirektionalen Leiten des Laststroms. In einer Ausführungsform kann der Laststrom größer als 5 A, größer als 50 A, größer als 100 A oder sogar größer als 1 kA sein.
  • Das Halbleiterbauelement 1 kann ferner eine Steuerelektrode 131, die von dem Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert ist und die ausgelegt ist zum Steuern mindestens eines Teils des Laststrompfads, umfassen. Zum Beispiel kann das Halbleiterbauelement 1 eine (in 9 nicht gezeigte) Isolation umfassen, die ausgelegt ist zum Erstellen der elektrischen Isolation zwischen der Steuerelektrode 131 und dem Halbleiterkörper 10. Ferner kann die Steuerelektrode 131 auch von dem zweiten Lastanschluss 12 und dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch isoliert sein, wobei die letztere Isolation ebenfalls mittels der Isolation erstellt werden kann, gemäß einer Ausführungsform.
  • Beispielsweise kann die Steuerelektrode 131 dafür ausgelegt sein, einen Laststrompfad am Entstehen zu hindern oder beziehungsweise einen vorhandenen Laststrompfad abzuschneiden, um das Halbleiterbauelement 1 in einen Leitungszustand oder einen Sperrzustand zu versetzen oder beziehungsweise zum Aufrechterhalten des Sperrzustands des Halbleiterbauelements 1.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement 1 ferner eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode 132, die an die Steuerelektrode 131 angrenzend angeordnet sein kann. Die Steuerelektrode 132 kann von sowohl dem Halbleiterkörper 10 als auch von der Steuerelektrode 131 elektrisch isoliert sein. Zum Beispiel ist die Steuerelektrode 132 kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt.
  • Zum Beispiel beträgt ein Abstand zwischen der Steuerelektrode 131 und der Sensorelektrode 132 weniger als 3 µm. Der Abstand kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Sensorelektrode 132 ausgelegt sein zum Liefern eines Sensorsignals. Zum Beispiel zeigt das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms an, der von dem Halbleiterkörper 10 über den Laststrompfad geleitet wird. Ferner kann das Sensorsignal von mindestens einer Stärke der elektrischen Ladung, die innerhalb der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform trägt der Sensor selbst nicht zum Laststrom bei, der von dem Halbleiterkörper 10 geleitet wird.
  • Zum Beispiel kann die Sensorelektrode 132 mit mindestens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, einen Kondensator bilden. Somit kann eine elektrische Ladungsmenge, die innerhalb der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, auf eine Ladungsträgerdichte des Laststrompfads reagieren. Zum Beispiel kann eine Zunahme der Ladungsträgerdichte des Laststrompfads zu einer Zunahme der elektrischen Ladungsmenge in der Sensorelektrode 132 führen. Somit kann in einer Ausführungsform die Stärke des tatsächlich vom Halbleiterkörper 10 über den Laststrompfad geleiteten Laststroms aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Halbleiterkörper 10 die Ladungsmenge, die in der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, beeinflussen. Zusammenfassend ist die Sensorelektrode 132 in einer Ausführungsform derart angeordnet, dass die Stromdichte des Laststrompfads aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen dem Laststrompfad und der Sensorelektrode 132 innerhalb der Sensorelektrode 132 eine elektrische Ladungsmenge induziert, wobei eine derartige Ladungsmenge das Sensorsignal, das von der Sensorelektrode 132 geliefert wird, bildet.
  • Bei einer Ausführungsform wird die kapazitive Kopplung zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, nur mittels der (in 9 nicht dargestellten) Isolation hergestellt. Mit anderen Worten kann die Sensorelektrode 132 kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt sein, der innerhalb des Halbleiterkörpers 10 z.B. nur mittels der Isolation hergestellt wurde, die, wie oben erläutert, gleichzeitig die elektrische Isolation zwischen dem Halbleiterkörper 10, einschließlich des Abschnitts, der von dem Laststrompfad durchquert wird, und der Sensorelektrode 132 bereitstellen kann.
  • Zum Beispiel umfasst ein Übergang von dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der ausgelegt ist zum Bilden eines Teils des Laststrompfads, zur Sensorelektrode 132 nur einen Abschnitt der Isolation. Bei einer Ausführungsform ist der Abstand des Übergangs zwischen dem Laststrompfad und der Sensorelektrode 132 kleiner als 3 µm. Der Abstand des Übergangs kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm. Somit fällt bei einer Ausführungsform eine Spannung zwischen der Sensorelektrode 132 auf der einen Seite und dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, auf der anderen Seite nur entlang der Isolation ab.
  • Jede der 2 bis 4 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel, das eine oder mehrere Komponenten und/oder Funktionen des Halbleiterbauelements 1, das beispielhaft unter Bezugnahme auf 9 beschrieben wird, realisieren kann.
  • 1 veranschaulicht als erläuterndes Beispiel schematisch einen Abschnitt eines vertikalen Querschnitts eines Halbleiterbauelementes 1. Bei diesem Beispiel liegt der vertikale Querschnitt parallel zu einer Ebene, die durch die vertikale Richtung Z und die erste laterale Richtung X definiert wird. Jede der Komponenten des in 1 veranschaulichten Halbleiterbauelements 1 kann sich entlang der zweiten lateralen Richtung Y erstrecken.
  • Das Halbleiterbauelement 1 umfasst einen ersten Lastanschluss 11 und einen zweiten Lastanschluss 12. Zum Beispiel kann der erste Lastanschluss 11 eine erste Metallisierung, z.B. eine Vorderseitenmetallisierung, umfassen und der zweite Lastanschluss 12 kann eine zweite Metallisierung, z.B. eine Rückseitenmetallisierung, umfassen. Mit sowohl dem ersten Lastanschluss 11 als auch dem zweiten Lastanschluss 12 gekoppelt ist ein Halbleiterkörper 10, wobei der Halbleiterkörper 10 ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12. Beispielsweise wird der Laststrom dem Halbleiterkörper 10 mittels des zweiten Lastanschlusses 12 zugeführt und mittels des ersten Lastanschlusses 11 aus dem Halbleiterkörper 10 ausgegeben oder jeweils umgekehrt. Ferner kann das Halbleiterbauelement 1 bei einer Ausführungsform ausgelegt sein zum bidirektionalen Durchführen des Laststroms, z.B. in jeder aus einer Richtung parallel zur Vertikalrichtung Z und in einer Richtung entgegen der Vertikalrichtung Z.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann eine Halbleiterdriftregion 101 umfassen, die Dotierungs eines ersten Leitungstyps aufweist und die ausgelegt ist zum Bilden mindestens eines Teils des Laststrompfads. Bei einer Ausführungsform ist die Halbleiterdriftregion 101 eine n--dotierte Region, z.B. mit einer vergleichsweise geringen Dotierungskonzentration von Donoren.
  • Der Halbleiterkörper 10 kann ferner eine oder mehrere Halbleiterkörperregionen 103 umfassen, die Dotierungs eines zweiten Leitungstyps, der zum ersten Leitungstyp komplementär ist, aufweisen. Zum Beispiel können die Halbleiterkörperregionen 103 p-dotiert sein, wobei eine Dotierungskonzentration einer jeweiligen Halbleiterkörperregion 103 variieren kann. Zum Beispiel können die Halbleiterkörperregionen 103 jeweils mit dem ersten Lastanschluss 11 verbunden sein, wobei eine Dotierungskonzentration der Halbleiterkörperregionen in der Nähe des ersten Lastanschlusses 11 optional höher sein kann als z.B. verglichen mit Abschnitten der Halbleiterkörperregionen 103, die entlang der Vertikalrichtung Z tiefer angeordnet sind.
  • Das Halbleiterbauelement 1 kann ferner eine oder mehrere Sourceregionen 102 umfassen, die mit dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch verbunden sind. Beispielsweise sind die Sourceregionen 102 Halbleitersourceregionen 102, die Dotierungs des ersten Leitungstyps umfassen, z.B. mit einer vergleichsweise hohen Dotierungskonzentration. Bei einer Ausführungsform sind die Halbleitersourceregionen 102 n+-dotierte Regionen. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Sourceregionen 102 Metallsourceregionen 102. Zum Beispiel ist jede der Sourceregionen 102 gegenüber der Halbleiterdriftregion 101 mittels einer entsprechenden Halbleiterkörperregion 103 isoliert, wie in 1 schematisch veranschaulicht ist. Ferner kann die Halbleiterkörperregion 103 in einem Abschnitt unter einer entsprechenden Halbleitersourceregion 102 eine vergleichsweise hohe Dotierungskonzentration zeigen, z.B. einen p+-Abschnitt. Dies kann zum Beispiel ein Verringern des Risikos von Latching ermöglichen. In der Nähe eines jeweiligen Übergangs zwischen der Sourceregion 102 und der Halbleiterkörperregion 103 kann die Dotierungskonzentration des jeweiligen Abschnitts der Halbleiterkörperregion 103 vergleichsweise gering sein.
  • Das Halbleiterbauelement 1 kann ferner eine oder mehrere Steuerelektroden 131, die von dem Halbleiterkörper 10 elektrisch isoliert sind und die ausgelegt sind zum Steuern eines Teils des Laststrompfads, umfassen. Zum Beispiel kann das Halbleiterbauelement 1 eine Isolationsstruktur 133 umfassen, die ausgelegt ist zum Erstellen der elektrischen Isolation zwischen der einen oder den mehreren Steuerelektroden 131 und dem Halbleiterkörper 10. Ferner können die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 auch von dem zweiten Lastanschluss 12 und dem ersten Lastanschluss 11 elektrisch isoliert sein, wobei die letztere Isolation ebenfalls mittels der Isolationsstruktur 133 erstellt werden kann, gemäß einer Ausführungsform.
  • Bei einer Ausführungsform ist jede der einen oder der mehreren Steuerelektroden 131 in der Nähe mindestens einer der Sourceregionen 102 und mindestens einer der Halbleiterkörperregionen 103 angeordnet und ist ausgelegt zum Induzieren, als Reaktion auf das Empfangen eines Steuersignals von außerhalb des Halbleiterkörpers 10, eines Inversionskanals innerhalb der Halbleiterkörperregion 103 zum Bilden des Laststrompfads. Somit kann bei einer Ausführungsform jeder des einen oder der mehreren Inversionskanäle, die innerhalb der einen oder der mehreren Halbleiterkörperregionen 103 mittels der einen oder der mehreren Steuerelektroden 131 induziert wurden, jeweils mindestens teilweise einen Teil des oben erwähnten Laststrompfads bilden. Ferner können die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 dafür ausgelegt sein, einen Laststrompfad am Entstehen zu hindern beziehungsweise einen vorhandenen Laststrompfad abzuschneiden, um das Halbleiterbauelement 1 in einen Sperrzustand zu versetzen beziehungsweise zum Aufrechterhalten des Sperrzustands des Halbleiterbauelements 1.
  • Die Komponenten des oben erwähnten Halbleiterbauelements 1, nämlich der Halbleiterkörper 10, der die eine oder die mehreren Halbleiterkörperregionen 103 und die eine oder die mehreren Sourceregionen 102 beinhalten, die Isolationsstruktur 133 und die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 können einen MOS-Steuerkopf des Halbleiterbauelements 1 bilden, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Gemäß dem Beispiel der 1 können die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 über einer Oberfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein, wodurch z.B. eine ebene Gatestruktur erzielt wird. Gemäß einer oder mehreren anderen Ausführungsformen, wie sie z.B. unter Bezugnahme auf 2 bis 4 erläutert werden, können die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 jeweils ebenfalls in einem entsprechenden Graben des Halbleiterbauelements 1 integriert sein, wodurch z.B. eine Graben-Gatestruktur des Halbleiterbauelements 1 erreicht wird.
  • Die beispielhafte Struktur des in jeder der 1 bis 4 veranschaulichten Halbleiterbauelements 1 kann z.B. zum Bilden eines Leistungshalbleiterbauelements, wie etwa einem IGBT, einem RC-IGBT, einem MOSFET, einem MGD und/oder Ableitungen davon, eingesetzt werden. Es versteht sich zu diesem Zwecke, dass die Ausführungsformen des Halbleiterbauelements 1 wie sie schematisch und beispielhaft in 1 bis 4 veranschaulicht werden zusätzliche Halbleiterregionen umfassen können, z.B. eine Feldstoppschicht (auch als Pufferschicht bezeichnet) in der Nähe des zweiten Lastanschlusses 12, z.B. eine vergleichsweise hochdotierte n+-Schicht und/oder eine Emitterschicht in der Nähe des zweiten Lastanschlusses 12, wie etwa eine n+-Emitterschicht, eine oder mehrere n-Shorts und so weiter. Ferner kann der erste Lastanschluss 11 bei einer Ausführungsform eine Sourceelektrode (S) bilden, kann der zweite Lastanschluss 12 eine Drainelektrode (D) bilden und die eine oder die mehreren Steuerelektroden 131 können Gateelektroden (G) bilden.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Halbleiterbauelement 1 ferner eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode 132, die an die Steuerelektrode 131 angrenzend angeordnet sein kann. Die Steuerelektrode 132 kann von sowohl dem Halbleiterkörper 10 als auch von der Steuerelektrode 131 elektrisch isoliert sein. Zum Beispiel ist die Steuerelektrode 132 kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt.
  • Gemäß dem Beispiel in 1 kann die Isolationsstruktur 133 ausgelegt sein zum Bereitstellen der elektrischen Isolation zwischen der Sensorelektrode 132 auf der einen Seite und jedem der einen oder der mehreren Steuerelektroden 131 und dem Halbleiterkörper 10 auf der anderen Seite. Ferner kann gemäß dem in 1 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiel auch die Sensorelektrode 132 eine ebene Struktur aufzeigen und kann über der Oberfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann ein Abstand entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen den Steuerelektroden 131 und/oder der Sensorelektrode 132 weniger als 3 µm betragen. Der Abstand kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm. Somit versteht sich, dass gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen die Sensorelektrode 132 und eine aktive Region des Halbleiterkörpers 10 einen gemeinsamen lateralen Ausdehnungsbereich in der ersten lateralen Richtung X und/oder der zweiten lateralen Richtung Y zeigen können. Innerhalb der vorliegenden Spezifikation ist die aktive Region des Halbleiterkörpers 10 die Region, die tatsächlich den Laststrom leitet und nicht z.B. einen Messstrom oder dergleichen. Zum Beispiel kann die aktive Region von einer Kantenregion umgeben sein (nicht abgebildet; auch als „Übergangsschichtendregion“ oder „nicht aktive Region“ bezeichnet). Die aktive Region des Halbleiterbauelements 1 kann von einer oder mehreren aktiven Zellen gebildet sein, z.B. einer Streifenzelle oder einer Nadelzelle, wobei jede aktive Zelle einen MOS-Steuerkopf umfassen kann, wie beispielhaft in 1 veranschaulicht und oben erklärt ist. Zum Beispiel kann die Sensorelektrode 132 ein Teil einer solchen aktiven Zellen sein. Im Gegensatz dazu ist die Sensorelektrode 132 z.B. nicht Teil einer Zelle, die nur für Messzwecke und nicht zum Leiten des Laststroms verwendet wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Sensorelektrode 132 ausgelegt sein zum Liefern eines Sensorsignals, z.B. extern zum Halbleiterkörper 10. Zum Beispiel zeigt das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms an, der von dem Halbleiterkörper 10 über den Laststrompfad geleitet wird. Ferner kann das Sensorsignal von mindestens einer Stärke der elektrischen Ladung, die innerhalb der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, erzeugt werden. Gemäß einer Ausführungsform trägt der Sensor selbst nicht zum Laststrom bei, der von dem Halbleiterkörper 10 geleitet wird.
  • Zum Beispiel kann die Sensorelektrode 132 mit mindestens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, einen Kondensator bilden, z.B. mit der Halbleiterdriftregion 101 und/oder der Halbleiterkörperregion 103. Somit kann eine innerhalb der Sensorelektrode 132 vorhandene elektrische Ladungsmenge auf eine Ladungsträgerdichte des Laststrompfads, der, wie oben erläutert, teilweise mittels eines Inversionskanals in mindestens den Halbleiterkörperregionen 103 und/oder an einer Oberfläche der Halbleiterdriftregion 101 gebildet wurde, reagieren. Zum Beispiel kann eine Zunahme der Ladungsträgerdichte des Laststrompfads zu einer Zunahme der elektrischen Ladungsmenge in der Sensorelektrode 132 führen. Somit kann in einer Ausführungsform die Stärke des tatsächlich vom Halbleiterkörper 10 über den Laststrompfad geleiteten Laststroms aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Halbleiterkörper 10 die Ladungsmenge, die in der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, beeinflussen. Die Sensorelektrode 132 kann derart angeordnet sein, dass die Stromdichte des Laststrompfads aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen dem Laststrompfad und der Sensorelektrode 132 innerhalb der Sensorelektrode 132 eine elektrische Ladungsmenge induziert, wobei eine derartige Ladungsmenge das Sensorsignal, das von der Sensorelektrode 132 geliefert wird, bilden kann.
  • Bei einer Ausführungsform wird eine kapazitive Kopplung zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, nur mittels der Isolationsstruktur 133 hergestellt. Mit anderen Worten kann die Sensorelektrode 132 kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt sein, der innerhalb des Halbleiterkörpers 10 z.B. nur mittels der Isolationsstruktur 133 hergestellt wurde, die, wie oben erläutert, gleichzeitig die elektrische Isolation zwischen dem Halbleiterkörper 10, einschließlich des Abschnitts, der von dem Laststrompfad durchquert wird, und der Sensorelektrode 132 bereitstellen kann.
  • Zum Beispiel umfasst ein Übergang von dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der ausgelegt ist zum Bilden eines Teils des Laststrompfads, zur Sensorelektrode 132 nur einen Abschnitt der Isolationsstruktur 133. Bei einer Ausführungsform ist der Abstand des Übergangs zwischen dem Laststrompfad und der Sensorelektrode 132 kleiner als 3 µm. Der Abstand des Übergangs kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm. Somit fällt bei einer Ausführungsform eine Spannung zwischen der Sensorelektrode 132 auf der einen Seite und dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, auf der anderen Seite nur entlang der Isolationsstruktur 133 ab. Somit beinhaltet ein Spannungsabfall zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10 keinen weiteren signifikanten Spannungsabfall über der Halbleiterdriftregion 101 oder einer beliebigen anderen Region des Halbleiterkörpers, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Beispielsweise ist der weitere Spannungsabfall geringer als 1 V, geringer als 0,5 V oder sogar geringer als 0,2 V. Bei einer Ausführungsform kann der weitere Spannungsabfall sogar null betragen.
  • Gemäß der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform sind sowohl die Steuerelektrode 131 als auch die Sensorelektrode 132 in einem Graben 13 des Halbleiterbauelements 1 enthalten. Der Graben 13 erstreckt sich in den Halbleiterkörper 10 hinein, z.B. in die Halbleiterdriftregion 101 entlang der Vertikalrichtung Z und kann in Kontakt mit einem Abschnitt der Halbleiterkörperregion 103 angeordnet sein. Der Graben 13 kann ferner in Kontakt mit einem Abschnitt der Sourceregion 102 angeordnet sein.
  • Es versteht sich, dass das, was oben hinsichtlich der Steuerelektrode 131, der Sensorelektrode 132, der Isolationsstruktur 133, der Halbleiterkörperregion 103, der Sourceregion 102, der Halbleiterdriftregion 101, des Halbleiterkörpers 10, des ersten Lastanschlusses 11 und des zweiten Lastanschlusses 12 des Halbleiterbauelements 1, die in 1 schematisch veranschaulicht wurden, angegeben wurde gleichermaßen auf die in 2 bis 4 schematisch veranschaulichten Ausführungsformen anwendbar ist, falls nichts anderes angegeben ist.
  • Gemäß der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform umfasst der Graben 13 auch die Isolationsstruktur 133, die sowohl die Steuerelektrode 131 als auch die Sensorelektrode 132 elektrisch vom Halbleiterkörper 10 isoliert und die die Steuerelektrode 131 von der Sensorelektrode 132 elektrisch isoliert.
  • Bei einer Ausführungsform erstreckt sich die Steuerelektrode 131 mindestens so weit entlang der Vertikalrichtung Z wie der Abschnitt der Halbleiterkörperregion 103, der sich in Kontakt mit dem Graben 13 befinden kann. Wie oben erläutert wurde, kann die Steuerelektrode 131 ausgelegt sein zum Induzieren eines Inversionskanals innerhalb der Halbleiterkörperregion 103, um somit den Laststrompfad zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 zu bilden. Falls das Halbleiterbauelement einen vertikalen Aufbau aufweist, wie in 2 schematisch veranschaulicht ist, kann der Laststrompfad entlang der vertikalen Erstreckung des Grabens 13 gebildet und dabei in der Nähe der Sensorelektrode 132 platziert sein. Wie oben ferner erläutert wurde, kann eine innerhalb des gebildeten Laststrompfads vorhandene Ladungsträgerdichte die elektrische Ladungsmenge beeinflussen, die innerhalb der Sensorelektrode 132 vorhanden ist, aufgrund der kapazitiven Kopplung zwischen dem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, auf der einen Seite und der Sensorelektrode 132 auf der anderen Seite. Wie oben weiterhin erläutert wurde, kann die kapazitive Kopplung mittels der Isolationsstruktur 133 erstellt werden, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Gemäß der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform kann die Sensorelektrode 132 innerhalb desselben Grabens 13 wie die Steuerelektrode 131 angeordnet sein. Zum Beispiel erstreckt sich die Sensorelektrode 132 mindestens so weit entlang der Vertikalrichtung Z wie die Steuerelektrode 131. Bei der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt der Sensorelektrode 132 unter der Steuerelektrode 131 angeordnet. Ferner kann die Isolationsstruktur 133, die mindestens teilweise im Graben 13 eingeschlossen ist, Seitenwände 138 und einen Boden 139 des Grabens 13 bilden, wie in 2 veranschaulicht ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform kann die Dicke der Isolationsstruktur entlang der Vertikalrichtung Z variieren. Zum Beispiel umfassen die Grabenseitenwände 138 einen oberen Teil und einen unteren Teil und wobei die Dicke d2 der Isolationsstruktur 133 am unteren Teil kleiner oder gleich der Dicke d1 der Isolationsstruktur 133 am oberen Teil ist. Die Steuerelektrode 131 kann auf einem Niveau des oberen Teils und die Sensorelektrode 132 kann auf einem Niveau des unteren Teils angeordnet sein, wie in 2 angegeben ist. Somit kann der Abschnitt der Isolationsstruktur 133, der die Steuerelektrode 131 vom Halbleiterkörper 10 entlang der ersten lateralen Richtung X isoliert, dicker sein als der Abschnitt der Isolationsstruktur 133, der die Sensorelektrode 132 entlang der ersten lateralen Richtung X vom Halbleiterkörper 10 isoliert.
  • Ferner kann die Dicke der Isolationsstruktur 133 am Grabenboden 139, z.B. der in 2 angezeigte Abstand d3 und/oder der Abstand d4, kleiner oder gleich der Dicke der Isolationsstruktur 133 an den Grabenseitenwänden 138, z.B. der in 2 angezeigte Abstand d1 und/oder der Abstand d2, sein. Zum Beispiel ist die Dicke der Isolationsstruktur 133, die die Sensorelektrode 132 effektiv von dem Halbleiterkörper 10 isoliert, z.B. die in 2 angezeigten Abstände d3 und/oder d4, im Vergleich kleiner oder gleich der Dicke der Isolationsstruktur 133, die die Steuerelektrode 131 vom Halbleiterkörper 10, z.B. der in 2 angezeigte Abstand d1, effektiv isoliert. Bei einem Beispiel ist die Dicke der Isolationsstruktur 133 entlang eines vertikalen Pfads in der Vertikalrichtung Z von der Sensorelektrode 132 zum Halbleiterkörper 10, z.B. der Abstand d4, kleiner als die Dicke der Isolationsstruktur 133 entlang eines Pfads in der ersten lateralen Richtung X von der Steuerelektrode 131 zum Halbleiterkörper 10, z.B. der Abstand d1. Zum Beispiel beträgt die Dicke entlang der Vertikalrichtung Z, z.B. der Abstand d4, weniger als 90% der Dicke entlang der ersten lateralen Richtung X, z.B. der Abstand d1, zwischen der Steuerelektrode 131 und dem Halbleiterkörper 10. Dasselbe kann für die Dicke der Isolationsstruktur 133 an der Grabenecke des Grabens 13 gelten, z.B. der Abstand d3. Somit sind die Isolationsstruktur 133 und der Graben 13 in einer Ausführungsform derart entworfen, dass mindestens eine der folgenden Gleichungen (i) und (ii) gilt: d 3 ≤ .9 ∗ d1
    Figure DE102015121722B4_0001
     d4 ≤ .9 ∗ d1
    Figure DE102015121722B4_0002
  • Ferner kann die Dicke der Isolationsstruktur 133 entlang eines Pfads in der ersten lateralen Richtung Xvon der Sensorelektrode 132 zum Halbleiterkörper 10, z.B. der Abstand d2, ebenfalls kleiner als die Dicke entlang der lateralen Richtung X sein, die zwischen der Steuerelektrode 131 und dem Halbleiterkörper 10 vorhanden ist, z.B. der Abstand d1, wobei die Dicke entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen der Sensorelektrode 132 und dem Halbleiterkörper 10, z.B. der Abstand d2, ebenfalls im Wesentlichen gleich der Dicke entlang der ersten lateralen Richtung X zwischen der Steuerelektrode 131 und dem Halbleiterkörper 10 sein kann, z.B. der Abstand d1.
  • Ferner versteht sich, dass der Graben 13 einen im Wesentlichen symmetrischen Aufbau entlang der ersten lateralen Richtung X zeigt, d.h., dass der Graben 13 zu einer zu der Vertikalrichtung parallelen Achse spiegelsymmetrisch sein kann. Somit können die Abstände d1, d2, und d3 gleichermaßen an jeder der zwei Grabenseitenwände 138 vorhanden sein.
  • Ebenfalls gemäß der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform kann der Abstand zwischen der Sensorelektrode 132 und der Steuerelektrode 131 in der Vertikalrichtung Zweniger als 3 µm betragen. Der Abstand kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm. Somit kann die Steuerelektrode 132 in der Nähe der Steuerelektrode 131 angeordnet sein.
  • 3 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt einer perspektivischen Ansicht auf ein Halbleiterbauelement 1 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Der grundsätzliche Aufbau der in 3 schematisch veranschaulichten Ausführungsform entspricht dem Aufbau der in 2 schematisch veranschaulichten Ausführungsform. Somit kann das, was oben hinsichtlich der Ausführungsform von 2 erwähnt wurde gleichermaßen für die Ausführungsform von 3 gelten, soweit nichts anderes angegeben wird. Wie eingangs erwähnt, kann die Halbleiterkörperregion 103 eine inhomogene Dotierungskonzentration aufweisen. Zum Beispiel ist ein Kontaktabschnitt 103-1 der Halbleiterkörperregion 103, der sich in Kontakt mit dem ersten Lastanschluss 11 (in 3 nicht abgebildet) befindet, vergleichsweise hoch dotiert, wohingegen der verbleibende Abschnitt 103-2 der Halbleiterkörperregion 103 eine mittlere Dotierungskonzentration aufweisen kann. Zum Beispiel ist der Kontaktabschnitt 103-1 eine p+-dotierte Region, wohingegen der verbleibende Abschnitt 103-2 eine p-dotierte Region ist.
  • Ferner kann die Sensorelektrode 132, wie in 3 veranschaulicht, ausgelegt sein zum Liefern des Sensorsignals extern zum Halbleiterkörper 10. Gemäß dem in 3 schematisch veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann dieses durch gewisse räumliche Dimensionen der Sensorelektrode 132 erreicht werden. Zum Beispiel kann die Sensorelektrode 132 einen lateralen Abschnitt 132-1 umfassen, der unter der Steuerelektrode 131 angeordnet ist und der einen lateralen, mit der Steuerelektrode 131 gemeinsamen Ausdehnungsbereich entlang sowohl der ersten lateralen Richtung X als auch der zweiten lateralen Richtung Y aufweist. Ferner kann die Sensorelektrode 132 einen vertikalen Abschnitt 132-2 in Kontakt mit dem lateralen Abschnitt 132-1 umfassen, der sich vom lateralen Abschnitt 132-1 parallel zur Vertikalrichtung Z bis hoch zur Oberfläche 10-1 des Halbleiterkörpers 10 erstreckt. An dieser Stelle kann die Sensorelektrode 132 von Sensorelektrodenkontaktiermitteln, z.B. einer (nicht abgebildeten) Oberflächenmetallisierung kontaktiert werden, zum Beispiel einem Kontaktausläufer und/oder einem Kontaktfeld oder dergleichen. Das Sensorelektrodenkontaktiermittel kann z.B. zum Weiterleiten des Sensorsignals an eine Auswerteeinheit eingesetzt werden, das heißt kann z.B. ausgelegt sein zum Auswerten des gelieferten Sensorsignals, z.B. als Wert. Dieser optionale Aspekt wird weiter unten ausführlicher verdeutlicht.
  • Ferner kann ein Abstand dY entlang der zweiten lateralen Richtung Y zwischen der Steuerelektrode 131 und dem vertikalen Abschnitt 132-2 der Sensorelektrode 132 weniger als 3 µm betragen und ein Abstand dZ entlang der vertikalen Richtung zwischen der Steuerelektrode 131 und dem lateralen Abschnitt 132-1 der Sensorelektrode 132 kann ebenfalls weniger als 3 µm betragen. Einer oder beide dieser Abstände dY und dZ kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm.
  • Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform, die in 4 schematisch veranschaulicht ist, kann die Sensorelektrode 132 in einem separaten Graben 13-2 angeordnet sein und kann z.B. vergleichsweise dieselben räumlichen Dimensionen aufweisen wie die der Steuerelektrode 131, die in einem anderen separaten Graben 13-1 angeordnet sein kann. Wie ebenfalls in 4 veranschaulicht, muss sich die Sensorelektrode 132 nicht notwendigerweise entlang der Vertikalrichtung Z tiefer als im Vergleich mit der Steuerelektrode 131 erstrecken. Der Abstand dY zwischen der Sensorelektrode 131 und der Steuerelektrode 132 entlang der zweiten lateralen Richtung Y kann weniger als 3 µm betragen. Der Abstand kann sogar kleiner sein, z.B. kleiner als 2 µm, kleiner als 1 µm oder sogar kleiner als 500 nm. Ferner kann die Steuerelektrode 131 gegenüber dem Halbleiterkörper mittels einer ersten Isolationsstruktur 133-1 isoliert sein und die Sensorelektrode 132 kann gegenüber dem Halbleiterkörper 10 mittels einer zweiten Isolationsstruktur 133-2 elektrisch isoliert sein. Der Zwischenraum zwischen der Steuerelektrode 131 und der Sensorelektrode 132 kann im Wesentlichen mit einer weiteren Isolationsstruktur 133-3 gefüllt sein, wie in 4 schematisch veranschaulicht ist, oder alternativ mit einer Halbleiterregion, wie etwa einer n-Region und/oder einer p-Region. Zum Beispiel kann die Struktur, wie sie in 4 schematisch veranschaulicht ist, eingesetzt werden zum Erstellen einer sogenannten Mikro-Muster-Grabenstruktur innerhalb des Halbleiterbauelements 1.
  • 5 veranschaulicht schematisch einen Abschnitt eines Blockdiagramms einer Schaltungsanordnung 3 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die Schaltungsanordnung 3 umfasst ein Halbleiterbauelement 1, einen Treiber 31 zum Betreiben des Halbleiterbauelements 1 und eine Auswerteeinheit 33 zum Empfangen eines Sensorsignals von dem Halbleiterbauelement 1.
  • Das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 kann einen ähnlichen oder einen identischen Aufbau aufweisen wie der, der in 9 oder in einer der 1 bis 4 beispielhaft und schematisch veranschaulicht wurde. Demgemäß kann das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 einen ersten Lastanschluss 11, einen zweiten Lastanschluss 12 und einen Halbleiterkörper 10, der mit den Lastanschlüssen 11, 12 gekoppelt ist, umfassen, wobei der Halbleiterkörper 10 ausgelegt sein kann zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen den Anschlüssen 11, 12. Das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 kann ferner eine Steuerelektrode 131 umfassen, die elektrisch von dem Halbleiterkörper 10 isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern des Laststrompfads, z.B. auf eine Weise wie sie oben mit Bezugnahme auf die 1 bis 4 und 9 erläutert wurde. Ferner kann das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode 132 umfassen, wobei die Steuerelektrode 132 elektrisch von sowohl dem Halbleiterkörper 10 als auch der Steuerelektrode 131 isoliert sein kann und kapazitiv mit dem Laststrompfad, der innerhalb des Halbleiterkörpers 10 gebildet sein kann, gekoppelt sein kann.
  • Es versteht sich, dass das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 mit einer der oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und 9 beschriebenen Ausführungsformen identisch sein kann. Somit kann das oben Gesagte gleichermaßen für das Halbleiterbauelement 1 der Schaltungsanordnung 3 gelten. Ferner kann das, was unten über optionale Aspekte des Halbleiterbauelements 1 der Schaltungsanordnung 3 gesagt wird, gleichermaßen für die Ausführungsformen des oben unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 und 9 beschriebenen Halbleiterbauelements gelten.
  • Der Treiber 31 der Schaltungsanordnung 3 kann einen Steuersignalausgang 311 umfassen, der gekoppelt, z.B. elektrisch verbunden ist, mit der Steuerelektrode 131 des Halbleiterbauelements 1. Zum Beispiel ist der Treiber ausgelegt zum Liefern eines Steuersignals an die Steuerelektrode 131, so dass die Steuerelektrode 131 den Halbleiterkörper 10 in einen Leitungszustand oder einen Sperrzustand versetzen kann. Um dies zu erreichen, kann der Treiber 31 einen Steuersignalgenerator 313 umfassen, der ausgelegt sein kann zum Erzeugen des Steuersignals, z.B. durch Anlegen einer Spannung zwischen einem der Lastanschlüsse 11, 12 und der Steuerelektrode 131. Beim Empfangen des Steuersignals kann die Steuerelektrode 131 den Laststrompfad innerhalb des Halbleiterkörpers 10 steuern, z.B. durch Induzieren eines Inversionskanals innerhalb einer Halbleiterkörperregion (nicht abgebildet) des Halbleiterkörpers 10, um somit den Laststrompfad zu bilden. Dadurch kann das Halbleiterbauelement 1 in einen Leitungszustand versetzt werden. Ferner kann die Steuerelektrode 131 beim Empfang des Steuersignals den Laststrompfad abschneiden. Dadurch kann das Halbleiterbauelement 1 in einen Sperrzustand versetzt werden.
  • Die Auswerteeinheit 33 kann einen Sensorsignaleingang 331 umfassen, der elektrisch mit der Sensorelektrode 132 gekoppelt, z.B. elektrisch verbunden, ist und ausgelegt ist zum Empfangen eines Sensorsignals von der Sensorelektrode 132. Wie oben erläutert wurde, kann das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigen, der über den Laststrompfad durch das Halbleiterbauelement geleitet wird. Zum Beispiel ist die Auswerteeinheit 33 ausgelegt zum Ableiten eines Ergebnissignals aus dem empfangenen Sensorsignal, wobei das Ergebnissignal einen Betriebszustand des Halbleiterkörpers 10 anzeigt. Beispiele für solche Betriebszustände werden unten präsentiert. Dafür kann die Auswerteeinheit 33 ein Verarbeitungsmittel 333 umfassen, das ausgelegt ist zum Verarbeiten des empfangenen Sensorsignals und zum Ausgeben des Ergebnissignals. Es versteht sich, dass das Verarbeitungsmittel 333 in einer Ausführungsform gänzlich durch passive Komponenten aufgebaut sein kann, wie etwa einem Kondensator und/oder einem Widerstand, aber in anderen Ausführungsformen auch analoge und/oder digitale Signalverarbeitungseinheiten umfassen kann. Somit kann das Ergebnissignal entweder ein analoges Ergebnissignal oder ein digitales Ergebnissignal sein.
  • Ferner kann die Auswerteeinheit 33 in einer Ausführungsform mit dem Treiber 31 gekoppelt sein und kann ausgelegt sein zum Liefern des Ergebnissignals an den Treiber 31. Zum Beispiel kann das dem Treiber 31 gelieferte Ergebnissignal den Steuersignalgenerator 313 veranlassen, der Steuerelektrode 131 das Steuersignal zuzuführen, so dass der Laststrompfad abgeschnitten wird, so dass das Halbleiterbauelement 1 in einen Sperrzustand versetzt wird. Dies kann beispielsweise anwendbar sein, falls das Ergebnissignal einen Überlastzustand des Halbleiterbauelements 1 anzeigt, d.h. im Falle, dass der tatsächliche Laststrom wesentlich größer als ein Nennlaststrom, für den das Halbleiterbauelement 1 entworfen wurde, ist.
  • Bei einer Ausführungsform ist der Steuersignalgenerator 313 ausgelegt zum Versetzen des Halbleiterbauelements 1 in einen Sperrzustand durch Zuführen des Steuersignals mit einem ersten Steuersignalverlauf, z.B. während Normalbetriebs, z.B. als Reaktion auf das Empfangen einer Anweisung von der Systemsteuerung 35 (unten ausführlicher erläutert), und zum Versetzen des Halbleiterbauelements 1 in einen Sperrzustand durch Zuführen des Steuersignals mit einem zweiten Steuersignalverlauf, der sich von dem ersten Steuersignalverlauf unterscheidet, z.B. während eines Überlastzustands, z.B. als Reaktion auf das Empfangen des Ergebnissignals von der Auswerteeinheit 33. Zum Beispiel kann der zweite Steuersignalverlauf des Steuersignals einen langsameren beziehungsweise weicheren Ausschaltprozess (Sperrzustand) des Halbleiterbauelements 1 im Vergleich zum ersten Signalverlauf veranlassen. Zum Beispiel kann dies durch Entladen der Steuerelektrode 131 mit einem niedrigeren Strom als verglichen mit dem Ausschalten während Nennbetriebsbedingungen erreicht werden, z.B. während eines regulären Ausschaltens, das von der Systemsteuerung 35 angewiesen wird.
  • Die Schaltungsanordnung 3 kann ferner die Systemsteuerung 35 umfassen, die mit sowohl dem Treiber 31 als auch mit der Auswerteeinheit 33 gekoppelt sein kann. Die Auswerteeinheit 33 kann ausgelegt sein zum Liefern des Ergebnissignals an die Systemsteuerung 35, z.B. alternativ zum Liefern des Ergebnissignals an den Treiber 31 oder zusätzlich zum Liefern des Ergebnissignals an den Treiber 31.
  • Die Systemsteuerung 35 kann ausgelegt sein zum Steuern des Treibers 31, z.B. durch Anweisen des Treibers 31, das Halbleiterbauelement 1 in den Leitungszustand oder den Sperrzustand zu versetzen. Ferner kann die Systemsteuerung 35 ein zusätzliches Auswertemittel (nicht abgebildet) zum Auswerten des Ergebnissignals durch die Auswerteeinheit 33 umfassen, z.B. durch Überwachen des gelieferten Ergebnissignals. Ferner kann die Systemsteuerung 35 ausgelegt sein zum Anweisen des Treibers 31 unabhängig von dem ausgewerteten Ergebnissignal. Zum Beispiel kann die Systemsteuerung 35 ausgelegt sein zum Steuern von mehr als einem Halbleiterbauelement 1, zum Beispiel von einem gesamten Leistungswandler, der eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen 1 umfasst. Zu diesem Zweck kann die Systemsteuerung 35 ein digitales Signalverarbeitungsmittel, einen Arbeitsspeicher zum Speichern von Code umfassen, der einen Anweisungssatz umfasst, der mindestens einen Steueralgorithmus angibt, zum Beispiel einen Pulsweitenmodulationssteueralgorithmus oder ein anderes intelligentes Treiberkonzept zum Steuern eines oder mehrerer Halbleiterbauelemente 1.
  • Somit kann die Auswerteeinheit 33 in einer Ausführungsform ausgelegt sein zum Liefern des Ergebnissignals an den Treiber 31, wobei der Treiber 31 ausgelegt sein kann, als Reaktion auf das Empfangen des Ergebnissignals, zum Versetzen des Halbleiterbauelements in einen Sperrzustand, z.B. durch Zuführen des Steuersignals mit dem zweiten Signalverlauf, das, wie oben erläutert, zu einem langsameren beziehungsweise weicheren Ausschaltprozess im Vergleich mit dem Normalbetrieb führt. Ferner kann der Treiber 31, bei Empfang des Ergebnissignals von der Auswerteeinheit 33, ausgelegt sein zum Verwerfen einer möglicherweise gegensätzlichen Anweisung, die von der Systemsteuerung 35 empfangen wird. Dadurch kann ein sofortiger Ausschaltprozess (Sperrzustand) des Halbleiterbauelements 1 eingeleitet werden, da das Ergebnissignal, in dieser Ausführungsform, keinen weiteren Auswertungsschritten durch die Systemsteuerung 35 unterworfen wird, bevor es dem Treiber 31 zugeführt wird, sondern vielmehr direkt von der Auswerteeinheit 33 dem Treiber 31 zugeführt wird.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 33 ausgelegt sein zum Versetzen des Sensorsignaleingangs 331 in einen hochohmigen Zustand. Dadurch kann die Sensorelektrode 132 elektrisch potentialfrei verbleiben. Allerdings versteht sich, dass die Sensorelektrode 132 in einer oder mehreren Ausführungsformen ein Trägersignal empfangen kann, z.B. ein Trägersignal, das den Verlauf einer Sinuswelle aufweist, oder sonstwie vorgespannt werden kann, zum Beispiel um eine Differenzdetektion des Sensorsignals zu ermöglichen, z.B. eine Differenzdetektion der Ladungsmenge, die in der Sensorelektrode 132 aufgrund einer gewissen Ladungsträgerdichte des Laststrompfads induziert sein kann.
  • Weitere optionale Aspekte einer Ausführungsform der Schaltungsanordnung 3 sollen nun unter Bezugnahme auf 6 und 7A-B erläutert werden.
  • 6 veranschaulicht schematisch das Verarbeitungsmittel 333 der Auswerteeinheit 33, das elektrisch über den Sensorsignaleingang 331 mit der Sensorelektrode 132 verbunden ist. Ferner ist der Steuersignalgenerator 313 des Treibers 31 mittels des Steuersignalausgangs 311 elektrisch mit der Steuerelektrode 131 verbunden. Wie in 6 veranschaulicht, können sowohl das Verarbeitungsmittel 333 als auch der Steuersignalgenerator 313 in einem einzigen Gehäuse 34 integriert sein. Ferner sind der Treiber 31 und die Auswerteeinheit 33 in den 5 und 6 als außerhalb des Halbleiterbauelements 1 platziert dargestellt. Es versteht sich allerdings, dass das Halbleiterbauelement 1 den Halbleiterkörper 10 und den Treiber 31 und/oder die Auswerteeinheit 33 in einem einzigen Halbleiterchip monolithisch integrieren kann, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Die Sensorelektrode 132 des Halbleiterbauelements 1 ist schematisch als ein Widerstand 18 und als eine Elektrode 19-1 eines Kondensators 19 veranschaulicht. Wie unter Bezugnahme auf die schematisch in den 1 bis 4 und 9 veranschaulichten Ausführungsformen erläutert wurde, kann die Sensorelektrode 132 mit mindestens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad zwischen dem ersten Lastanschluss 11 und dem zweiten Lastanschluss 12 durchquert wird, einen Kondensator bilden. Der Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, z.B. ein Abschnitt der Halbleiterdriftregion 101 und/oder der Halbleiterkörperregion 103 kann eine zweite Elektrode 19-2 des Kondensators 19 bilden. Wie oben weiter erläutert wurde, können die Elektroden 19-1 und 19-2 durch einen Abschnitt einer Isolation miteinander gekoppelt sein, z.B, durch einen Abschnitt der Isolationsstruktur 133. Mit anderen Worten kann der Abschnitt ausgelegt sein zum Koppeln der ersten Elektrode 19-1 - gebildet von der Sensorelektrode 132 - mit der zweiten Elektrode 19-2, die durch den Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der von dem Laststrompfad durchquert wird, gebildet wird. Die Komponenten, d.h. die erste Elektrode 19-1, die von der Sensorelektrode 132 gebildet wird, ein Abschnitt der Isolation und der Abschnitt des Halbleiterkörpers 10 können den Kondensator 19 bilden, wie schematisch in 6 veranschaulicht ist. Somit beinhaltet eine Spannungsdifferenz zwischen der ersten Elektrode 19-1 und der zweiten Elektrode 19-2 keinen weiteren signifikanten Spannungsabfall über der Halbleiterdriftregion 101, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Ferner kann der Abschnitt des Laststrompfads, der den Abschnitt des Halbleiterkörpers 10, der sich nahe an der Sensorelektrode 132 befindet, durchquert, als eine Spannungsquelle 15 angesehen werden, da er eine elektrische Ladungsmenge innerhalb der Sensorelektrode 132 induzieren kann. In 6 ist dieser Abschnitt daher als eine Spannungsquelle 15 dargestellt, die ausgelegt ist zum Erzeugen einer Spannung mit Bezug auf ein erstes elektrisches Referenzpotential 16a, das z.B. das elektrische Potential von entweder dem ersten Lastanschluss 11 oder dem zweiten Lastanschluss 12 sein kann. Somit kann, bildhaft gesprochen, in Abhängigkeit von der von der Spannungsquelle 15 erzeugten Spannung, d.h. in Abhängigkeit von der Ladungsträgerdichte des Laststrompfads, die auf der ersten Elektrode 19-1 vorhandene elektrische Ladungsmenge, d.h. das elektrische Potential der ersten Elektrode 19-1, variieren. Dieses elektrische Potential der ersten Elektrode 19-1 kann als das Sensorsignal an den Sensorsignaleingang 331 übertragen werden, der, wie oben erwähnt, in einen hochohmigen Zustand versetzt sein kann. Der Widerstand 18 der Sensorelektrode 132 kann z.B. durch die begrenzte elektrische Leitfähigkeit des Elektrodenmaterials der Sensorelektrode 132 und deren Verbindung mit dem Sensorsignaleingang 331 der Auswerteeinheit 33 repräsentiert werden und kann vergleichsweise gering sein, z.B. kleiner als 10 Ω.
  • Wie oben erläutert wurde, kann das Verarbeitungsmittel 333 der Auswerteeinheit 33 in Form gänzlich passiver Komponenten vorhanden sein, wovon ein schematisches Beispiel in 7A veranschaulicht ist. Dort umfasst die Auswerteeinheit 33 einen Sensorwiderstand 17, der mit einem zweiten elektrischen Referenzpotential 16b gekoppelt ist, das das elektrische Potential von z.B. dem ersten Lastanschluss 11 oder dem zweiten Lastanschluss 12 sein kann. Das erste elektrische Referenzpotential 16a kann mit dem zweiten elektrischen Referenzpotential 16b identisch sein. Ein Spannungsabfall über dem Widerstand 17 kann das Ergebnissignal bilden, gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform, von der ein Beispiel in 7B schematisch veranschaulicht ist, kann die Auswerteeinheit 33 eine Filtervorrichtung 3331 umfassen, die ausgelegt ist zum Filtern des über den Sensorsignaleingang 331 empfangenen Sensorsignals. Zum Beispiel ist die Filtervorrichtung 3331 dem Verarbeitungsmittel 333 (vergl. mit 6, in 7B nicht dargestellt) vorgelagert verbunden, um so ein gefiltertes Ergebnissignal an das Verarbeitungsmittel 333 zu liefern. Bei einer weiteren Ausführungsform bildet die Filtervorrichtung 3331 einen Teil des Verarbeitungsmittels 333 beziehungsweise realisiert gänzlich das Verarbeitungsmittel 333.
  • Die Filtervorrichtung 3331 kann eine Filtercharakteristik aufweisen. Solch eine Filtercharakteristik kann durch eine Konfiguration passiver Komponenten und/oder digitaler Komponenten definiert sein. Zum Beispiel ist die Filtercharakteristik durch eine Filterzeitkonstante und/oder eine Bandbreite und/oder eine Verstärkung definiert.
  • Die Filtervorrichtung 3331 der Auswerteeinheit 33 kann z.B. einen oder mehrere Widerstände, einen oder mehrere Kondensatoren und/oder eine oder mehrere Induktivitäten umfassen, um so eine definierte Filtercharakteristik bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform integriert das Halbleiterbauelement 1 mindestens eine Komponente der Filtervorrichtung 3331 monolithisch, z.B. innerhalb des Halbleiterkörpers 10. Alternativ können mindestens einige der Komponenten der Filtervorrichtung 3331 mittels externer Einheiten realisiert werden, wie etwa separaten Widerständen, Kondensatoren und/oder Induktivitäten, die außerhalb des Halbleiterbauelements 1 angeordnet sind.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 33 einen Analog-Digital-Wandler (ADW) umfassen, der ausgelegt ist zum Umwandeln des Sensorsignals in ein digitales Sensorsignal. Bei dieser Ausführungsform kann die Auswerteeinheit 33 digitale Signalverarbeitungsmittel umfassen zum digitalen Verarbeiten des digitalen Sensorsignals, wobei ein derartiges Verarbeiten digitales Filtern in der Filtervorrichtung 3331 beinhalten kann.
  • Zum Beispiel kann die Filtervorrichtung 3331 einen Bandpassfilter, einen Tiefpassfilter und/oder z.B. einen Integrator umfassen. Der beispielhafte Tiefpassfilter kann eine Zeitkonstante von z.B. einigen 100 ns oder einigen µs aufweisen. Der Integrator kann z.B. durch Analogkomponenten und/oder digital realisiert sein.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Filtervorrichtung 3331 eine steuerbare Filtervorrichtung 3331 sein, die hinsichtlich ihrer Filtercharakteristik gesteuert wird. Zum Beispiel kann die Auswerteeinheit 33 ausgelegt sein zum Steuern der Filtercharakteristik der Filtervorrichtung 3331 z.B. einer Filterzeitkonstanten, einer Bandbreite und einer Verstärkung der Filtervorrichtung 3331.
  • Zum Beispiel ist die Auswerteeinheit 33 ausgelegt zum Steuern der Filtercharakteristik der Filtervorrichtung 3331 in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Halbleiterbauelements 1, was z.B. den Sperrzustand und den Leitungszustand umfassen kann.
  • Zum Beispiel wird die Filtercharakteristik von der Auswerteeinheit 33 derart gesteuert, dass die Filtervorrichtung 3331 das Sensorsignal für eine vorherbestimmte Austastzeitdauer sperrt. Bei einer Ausführungsform wird der Beginn der Austastzeitdauer mit dem Übergang von einem Sperrzustand zum Leitungszustand ausgelöst. Zum Beispiel kann solch ein Auslösen durch einen entsprechenden Verlauf des Steuersignals veranlasst werden. Zu diesem Zweck kann die Auswerteeinheit 33 auch ausgelegt sein zum Empfangen des Steuersignals, das von dem Treiber 33 geliefert wird. Ferner kann die Austastzeitdauer innerhalb des Bereichs von z.B. 100 ns bis z.B. 2 µs liegen. Somit wird das Sensorsignal während der Austastzeitdauer „ignoriert“, z.B. ändert sich das Ergebnissignal während der Austastzeitdauer nicht. Dies kann das Verhindern von Fehlmessungen ermöglichen. Weitere optionale Aspekte der Steuerung der Filtervorrichtung 3331 werden unten erläutert.
  • Bei einer Ausführungsform kann die Filtercharakteristik, z.B. eine Filterzeitkonstante, eine Verstärkung und/oder eine Bandbreite der Filtervorrichtung 3331, gemäß dem am Sensorsignalausgang 311 vorhandenen Signal geändert werden. Zum Beispiel kann die Filtervorrichtung 3331 gleich nach einem Übergang des Sensorsignals in einen Modus versetzt werden, in dem sie nicht schnell auf kleine Änderungen des Sensorsignals, das in die Filtervorrichtung 3331 eingegeben wird, reagiert. Die Filtercharakteristik kann zusätzlich oder alternativ auch gemäß eines derzeitigen Filtervorrichtungausgangswerts geändert werden, falls z.B. das gefilterte Sensorsignal für eine gewisse Zeit unter oder über einer gewissen Schwelle liegt. Zusätzlich kann die Filtercharakteristik zusätzlich oder alternativ gemäß eines anderen Sensorsignals modifiziert werden, das mit einem oder mehreren anderen Leistungsschaltern zusammenhängt, z.B. um die Widerstandsfähigkeit gegen Schaltstörsignale zu erhöhen.
  • 8 veranschaulicht schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 2 zum Steuern eines Halbleiterbauelements gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Zum Beispiel kann das Verfahren 2 ein Verfahren begründen zum Steuern einer der in 1 bis 4 und 9 veranschaulichten Ausführungsformen des Halbleiterbauelements 1. Ferner kann das Verfahren 2 ein Verfahren begründen zum Betreiben einer in 5 veranschaulichten Ausführungsform der Schaltungsanordnung 3. Somit können Aspekte der oben unter Bezugnahme auf 1 bis 7B beschriebenen Ausführungsformen in analoger Weise auf das Verfahren 2 anwendbar sein. Dementsprechend kann das zu steuernde Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper umfassen, der ausgelegt ist zum Betrieb in sowohl einem Leitungszustand, während dem ein Laststrom in einem Laststrompfad zwischen einem ersten Lastanschluss und einem zweiten Lastanschluss des Halbleiterbauelements geleitet wird, als auch in einem Sperrzustand, während dem eine zwischen dem ersten Lastanschluss und dem zweiten Lastanschluss angelegte Spannung blockiert wird und ein Fluss des Laststroms verhindert wird.
  • Das Verfahren 2 kann das Ausgeben, in Schritt 20, mittels einer Steuerungseinheit, eines Steuersignals an eine Steuerelektrode des Halbleiterbauelements zum Versetzen des Halbleiterbauelements in den Leitungszustand oder den Sperrzustand umfassen. Zum Beispiel kann die Steuerungseinheit mindestens den oben veranschaulichten Treiber 31 umfassen. Zusätzlich kann die Steuerungseinheit auch die oben veranschaulichte Systemsteuerung 35 umfassen. Ferner kann das Steuersignal durch Anlegen einer speziellen Spannung zwischen der Steuerelektrode und einem der Lastanschlüsse des Halbleiterbauelements zugeführt werden.
  • Das Verfahren umfasst ferner das Empfangen eines Sensorsignals, in Schritt 21, von einer elektrisch potentialfreien Sensorelektrode, die elektrisch von sowohl dem Halbleiterkörper als auch von der Steuerelektrode isoliert ist und die kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist. Wie oben erläutert wurde, kann das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigen, der gerade von dem Halbleiterbauelement geleitet wird.
  • Nachfolgend kann das empfangene Sensorsignal, im Schritt 22, mittels einer Auswerteeinheit mit einem ersten Schwellenwertbereich innerhalb eines ersten Zeitintervalls verglichen werden. Zum Beispiel kann das Vergleichen von der oben veranschaulichten Auswerteeinheit 33 der Schaltungsanordnung 3 ausgeführt werden. Die Dauer des ersten Zeitintervalls kann innerhalb von z.B. einer Filterzeitkonstanten der Filtervorrichtung 3331 liegen.
  • Bei einer Ausführungsform zeigt der erste Schwellenwertbereich Werte kleiner oder gleich einem Nennlaststrom an, z.B. einen Nennvorwärtslaststrom oder einen Nennrückwärtslaststrom, für die das Halbleiterbauelement entworfen wurde, multipliziert mit einem bestimmten Faktor. Zum Beispiel kann der Faktor in Abhängigkeit von der Anwendung, in der das Halbleiterbauelement eingesetzt werden soll, gewählt werden und kann z.B 1,0, 1,2, 1,5, 3,0 oder 4,0 betragen, um einige Beispiele zu nennen. Somit kann die Obergrenze des ersten Schwellenwertbereichs das 1,0-, 1,2- oder 1,5-fache des Nennlaststroms, für den das Halbleiterbauelement entworfen wurde, anzeigen. Die Untergrenze kann null betragen oder, abhängig von der Anwendung, Werte annehmen, die das 0,8-, 0,9-, 0,95-, 1,0- oder 1,1-fache des Nennlaststroma, für den das Halbleiterbauelement entworfen wurde, anzeigen.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Obergrenze und/oder die Untergrenze variabel und steuerbar.
  • Dann kann in Schritt 23 abhängig vom in Schritt 22 vorgenommenen Vergleich ein Ergebnissignal bestimmt werden. Das Ergebnissignal kann danach in Schritt 24 an die Steuerungseinheit ausgegeben werden.
  • Bei einem Beispiel kann das Ausgeben des Ergebnissignals an die Steuerungseinheit das Ausgeben in Schritt 24-1 umfassen, so dass das Ergebnissignal einen ersten Betriebszustand des Halbleiterbauelements anzeigt, wenn sich das Sensorsignal während des ersten Zeitintervalls außerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet. Ferner kann das Ausgeben ebenfalls das Ausgeben des Ergebnissignals in Schritt 24-2 umfassen, so dass es einen zweiten Betriebszustand des Halbleiterbauelements anzeigt, wenn sich das Sensorsignal innerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet.
  • Falls zum Beispiel der gerade geleitete Laststrom, wie er durch das (optional gefilterte) Sensorsignal repräsentiert wird, leicht über der Untergrenze, z.B. leicht über dem Nennlaststrom, liegt, kann dies für einen bestimmten Zeitraum, z.B. einige Sekunden, toleriert werden, wobei der Zeitraum von der Größe der Differenz zwischen dem gerade geleiteten Laststrom und der Obergrenze abhängt. Falls der Laststrom allerdings die Obergrenze wesentlich übersteigt, falls z.B. der gerade geleitete Laststrom mehr als das Vierfache des Nennlaststroms beträgt, kann dies zum Ausgeben des Ergebnissignals führen, so dass ein sofortiges Ausschalten des Halbleiterbauelements eingeleitet wird, z.B. durch Zuführen des Steuersignals mit dem zweiten Steuersignalverlauf.
  • Somit kann ein Entscheidungskriterium zum Ausgeben des Ergebnissignals in einer Ausführungsform einen oder mehrere Aspekte umfassen, z.B. wie lange und/oder wie häufig das (optional gefilterte) Sensorsignal den ersten Schwellenwertbereich übersteigt. Dies kann eine absolute Zeitdauer oder eine mittlere Zeitdauer umfassen, z.B. kombiniert mit einer variablen Unter- und/oder Obergrenze des ersten Schwellenwertbereichs. Zum Beispiel kann die Grenze von dem bereits gefilterten Sensorsignal oder von der Dauer, während der ein bereits ausgegebenes Ergebnissignal im Wesentlichen konstant ist, abhängen. Die Aussage „während des ersten Zeitintervalls“ kann anzeigen, dass das (optional gefilterte) Sensorsignal innerhalb des Zeitintervalls mindestens teilweise den ersten Schwellenwertbereich übersteigt. Es kann wieder unter den ersten Schwellenwertbereich fallen, ohne wieder die vollständige Auswertung starten zu müssen (Integrationseffekt), gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • Zum Beispiel kann sich der erste Betriebszustand vom zweiten Betriebszustand unterscheiden. Betriebszustände des Halbleiterbauelements können den Sperrzustand, den Leitungszustand, einen Überlastzustand, wie etwa einen kritischen Zustand oder einen Kurzschlusszustand und so weiter umfassen. Zum Beispiel wird der Betriebszustand „Leitungszustand“ von dem Ergebnissignal angezeigt, wenn der Laststrom größer null und kleiner als der Nennwert ist. Der Betriebszustand „Sperrzustand“ kann von dem Ergebnissignal angezeigt werden, wenn der Laststrom im Wesentlichen null ist. Der Betriebszustand „Überlastzustand“ kann von dem Ergebnissignal angezeigt werden, wenn der Laststrom wesentlich größer als der Nennlaststrom ist. Der Betriebszustand „kritischer Zustand“ kann von dem Ergebnissignal angezeigt werden, wenn der Laststrom unwesentlich größer als der Nennlaststrom ist.
  • Bei einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren 2 ferner in Schritt 21-1 das Filtern des Sensorsignals mittels einer Filtervorrichtung, die eine steuerbare Filtercharakteristik aufweist, und in Schritt 21-2 das Steuern der Filtercharakteristik. Zum Beispiel wird das Filtern durch Einsetzen einer Filtervorrichtung 3331 ausgeführt, wie oben beispielhaft veranschaulicht wurde. Somit kann das von der Sensorelektrode des Halbleiterbauelements gelieferte Sensorsignal einem gesteuerten Filtern unterzogen werden. Zum Beispiel wird das Steuern des Filterns in Abhängigkeit vom Vergleich des Sensorsignals mit dem ersten Schwellenwertbereich ausgeführt.
  • Bei einer Ausführungsform kann das Steuern der Filtervorrichtung in Abhängigkeit vom Verlauf des der Steuerelektrode zugeführten Steuersignals ausgeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann Steuern der Filtervorrichtung in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand des Halbleiterbauelements, der durch das Ergebnissignal angezeigt wird, und einem Timing, das sich auf einen Übergang zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand bezieht, ausgeführt werden.
  • Merkmale weiterer Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Merkmale weiterer Ausführungsformen und die Merkmale der oben beschriebenen Ausführungsformen können zum Ausbilden zusätzlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, soweit die Merkmale nicht ausdrücklich als zueinander alternativ beschrieben sind.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann die Steuerelektrode eine elektrisch potentialfreie Elektrode sein. Gemäß einer Ausführungsform ist die Sensorelektrode somit keinem festen elektrischen Potential ausgesetzt. Allerdings kann die Sensorelektrode, wie oben erläutert wurde, in einer oder mehreren Ausführungsformen ein Trägersignal empfangen, z.B. ein Trägersignal, das den Verlauf einer Sinuswelle aufweist, oder sonstwie vorgespannt werden kann, um eine Differenzdetektion der Ladungsmenge, die in der Sensorelektrode aufgrund einer gewissen Ladungsträgerdichte des Laststrompfads induziert sein kann, zu ermöglichen.
  • Ferner kann das Material der einen oder der mehreren oben präsentierten Steuerelektroden mit dem Material der Sensorelektrode identisch sein. Zum Beispiel können sowohl die Steuerelektroden als auch die Sensorelektrode aus Polysilicium hergestellt sein. Zum Beispiel kann die elektrische Leitfähigkeit der Sensorelektrode größer als 104 Ω-1m-1 sein. Bei einer Ausführungsform des Herstellens eines Halbleiterbauelements wird das Bilden der Steuerelektrode auf dieselbe Weise, z.B. gleichzeitig, wie das/zu dem Bilden der einen oder der mehreren Steuerelektroden ausgeführt.
  • Wie oben erläutert wurde, kann das von der Sensorelektrode gelieferte Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigen, der gerade von dem Halbleiterbauelement geleitet wird. Zum Beispiel kann das Bestimmen des Laststroms eine Spannungsmessung beinhalten, z.B. durch Zuführen des Sensorsignals zu einem Sensorwiderstand, der an ein Referenzpotential gekoppelt ist, und durch Messen der Spannung über dem Sensorwiderstand. Alternativ oder zusätzlich kann die Stärke des Laststroms durch Einsetzen von Strommessschaltungen zum Auswerten des Sensorsignals bestimmt werden, wie etwa einem Stromspiegel, wobei die Strommessschaltung unmittelbar im Treiber integriert sein kann.
  • Da die Sensorelektrode eine elektrisch potentialfreie Elektrode sein kann, die elektrisch weder mit dem ersten Lastanschluss noch mit dem zweiten Lastanschluss verbunden ist, kann eine vergleichsweise dünne Isolationsstruktur zum elektrischen Isolieren der Sensorelektrode vom Halbleiterkörper eingesetzt werden.
  • Im Obigen wurden Ausführungsformen erläutert, die zu Leistungshalbleitertransistoren gehören. Diese Halbleitertransistoren basieren zum Beispiel auf Silicium (Si). Dementsprechend kann eine monokristalline Halbleiterregion oder -schicht, z.B. die Halbleiterregionen 10, 101, 102, 103, 103-1, 103-2 von Ausführungsbeispielen, eine monokristalline Si-Region oder Si-Schicht sein. In anderen Ausführungsformen kann polykristallines oder amorphes Silicium eingesetzt werden.
  • Es versteht sich allerdings, dass die Halbleiterregionen 10, 101, 102, 103, 103-1, 103-2 aus einem beliebigen Halbleitermaterial bestehen können, das zum Herstellen eines Halbleiterbauelements geeignet ist. Beispiele für solche Materialien beinhalten unter anderem elementare Halbleitermaterialien, wie etwa Silizium (Si) oder Germanium (Ge), Gruppe-IV-Verbindungshalbleitermaterialien, wie etwa Siliziumcarbid (SiC) oder Silizium-Germanium (SiGe), binäre, ternäre oder quaternäre III-V Halbleitermaterialien wie etwa Galliumnitrid (GaN), Galliumarsenid (GaAs), Galliumphosphid (GaP), Indiumphosphid (InP), Indiumgalliumphosphid (InGaP), Aluminiumgalliumnitrid (AIGaN), Aluminiumindiumnitrid (AllnN), Indiumgalliumnitrid (InGaN), Aluminiumgalliumindiumnitrid (AIGalnN) oder Indiumgalliumarsenidphosphid (InGaAsP), und binäre oder ternäre II-VI Halbleitermaterialien, wie etwa Kadmiumtellurid (CdTe) und Quecksilberkadmiumtellurid (HgCdTe), um nur einige zu nennen. Die zuvor erwähnten Halbleitermaterialien werden auch als „Homojunction-Halbleitermaterialien“ bezeichnet. Wenn zwei verschiedene Halbleitermaterialien kombiniert werden, wird ein Heterojunction-Halbleitermaterial gebildet. Beispiele für Heterojunction-Halbleitermaterialien beinhalten unter anderem Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AIGalnN), Indiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumindiumnitrid(AlGalnN), Indiumgalliumnitrid(InGaN)-Galliumnitrid(GaN), Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN)-Galliumnitrid(GaN), lndiumgalliumnitrid(lnGaN)-Aluminiumgalliumnitrid(AIGaN), Silizium-Silizium-Carbid (SixC1-x) und Silizium-SiGe-Heterojunction-Halbleitermaterialien. Für Halbleiterbauelementanwendungen werden zurzeit hauptsächlich Si-, SiC-, GaAs- und GaN-Materialien verwendet.
  • Die räumlichen Begriffe, wie „unter“, „unterhalb“, „niedriger“, „über“, „obere/r“ und dergleichen werden der Einfachheit der Beschreibung halber verwendet, um die Stellung eines Elements relativ zu einem zweiten Element zu beschreiben. Es wird beabsichtigt, dass diese Begriffe zusätzlich zu denjenigen, die in den Figuren bildlich dargestellt sind, verschiedene Ausrichtungen des entsprechenden Bauelements umfassen. Ferner werden auch Begriffe wie „erster“, „zweiter“ und dergleichen verwendet, um verschiedene Elemente, Regionen, Abschnitte usw. zu beschreiben und es wird auch hier nicht beabsichtigt, dass diese einschränkend sind. Über die gesamte Beschreibung hinweg beziehen sich gleiche Begriffe auf gleiche Elemente.
  • Die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“, „zeigen“ und dergleichen sind offene Begriffe und geben das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale an, schließen aber keine zusätzlichen Elemente oder Merkmale aus. Es wird beabsichtigt, dass die Artikel „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sowohl die Mehrzahl als auch die Einzahl beinhalten, es sei denn, dass der Zusammenhang klar anderes angibt.

Claims (16)

  1. Halbleiterbauelement (1), umfassend einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12) und einen Halbleiterkörper (10), der mit dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12), wobei das Halbleiterbauelement (1) ferner Folgendes umfasst: - eine Steuerelektrode (131), die elektrisch von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern eines Teils des Laststrompfads; - eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode (132), die an die Steuerelektrode (131) angrenzend angeordnet ist, wobei die Sensorelektrode (132) von sowohl dem Halbleiterkörper (10) als auch von der Steuerelektrode (131) elektrisch isoliert ist und kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist und sich mindestens so weit entlang einer Vertikalrichtung (Z) erstreckt wie die Steuerelektrode (131); und - einen Graben (13), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang der Vertikalrichtung (Z) erstreckt, wobei der Graben (13) sowohl die Sensorelektrode (132) als auch die Steuerelektrode (131) beinhaltet;
  2. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 1, das ferner eine Isolationsstruktur (133) umfasst, die ausgelegt ist zum elektrischen Isolieren von sowohl der Steuerelektrode (131) als auch der Sensorelektrode (132) von sowohl dem ersten Lastanschluss (11) als auch dem Halbleiterkörper (10).
  3. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 2, wobei die Isolationsstruktur (133) mindestens teilweise in dem Graben (13) enthalten ist und Seitenwände (138) und einen Boden (139) des Grabens (13) bildet.
  4. Halbleiterbauelement (1) nach Anspruch 3, wobei die Grabenseitenwände (138) einen oberen Teil und einen unteren Teil umfassen und wobei die Dicke (d2) der Isolationsstruktur (133) am unteren Teil kleiner oder gleich der Dicke (d1) der Isolationsstruktur (133) am oberen Teil ist.
  5. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei die Isolationsstruktur (133) die Steuerelektrode (131) von der Sensorelektrode (132) elektrisch isoliert.
  6. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Abstand (dY, dZ) zwischen der Steuerelektrode (131) und der Sensorelektrode (132) weniger als 3 µm beträgt.
  7. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektrode (132) ausgelegt ist zum Bereitstellen eines Sensorsignals, wobei das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigt, der über den Laststrompfad durch den Halbleiterkörper (10) geleitet wird.
  8. Halbleiterbauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensorelektrode (132) mit mindestens einem Abschnitt des Halbleiterkörpers (10), der von dem Laststrompfad durchquert wird, einen Kondensator (19) bildet.
  9. Halbleiterbauelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5 und nach Anspruch 8, wobei - die Sensorelektrode (132) eine erste Elektrode (19-1) des Kondensators (19) bildet; - der Abschnitt des Halbleiterkörpers (10) eine zweite Elektrode (19-2) des Kondensators (19) bildet; und - die Isolationsstruktur (133) die erste Elektrode (19-1) und die zweite Elektrode (19-2) elektrisch voneinander isoliert.
  10. Schaltungsanordnung (3), die ein Halbleiterbauelement (1), einen Treiber (31) und eine Auswerteeinheit (33) umfasst, wobei - das Halbleiterbauelement (1) Folgendes umfasst: - einen ersten Lastanschluss (11), einen zweiten Lastanschluss (12) und einen Halbleiterkörper (10), der mit dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) gekoppelt ist, wobei der Halbleiterkörper (10) ausgelegt ist zum Leiten eines Laststroms entlang eines Laststrompfads zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12); - eine Steuerelektrode (131), die elektrisch von dem Halbleiterkörper (10) isoliert ist und ausgelegt ist zum Steuern des Laststrompfads; und - eine elektrisch potentialfreie Sensorelektrode (132), wobei die Sensorelektrode (132) von sowohl dem Halbleiterkörper (10) als auch von der Steuerelektrode (131) elektrisch isoliert und kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist und sich mindestens so weit entlang einer Vertikalrichtung (Z) erstreckt wie die Steuerelektrode (131); - einen Graben (13), der sich in den Halbleiterkörper (10) entlang der Vertikalrichtung (Z) erstreckt, wobei der Graben (13) sowohl die Sensorelektrode (132) als auch die Steuerelektrode (131) beinhaltet; - der Treiber (31) einen Steuersignalausgang (311), der elektrisch mit der Steuerelektrode (131) gekoppelt ist, umfasst; und - die Auswerteeinheit (33) einen Sensorsignaleingang (331) umfasst, der elektrisch mit der Sensorelektrode (132) gekoppelt ist und ausgelegt ist zum Empfangen eines Sensorsignals von der Sensorelektrode (132).
  11. Schaltungsanordnung (3) nach Anspruch 10, die ferner eine Systemsteuerung (35) umfasst, die ausgelegt ist zum Steuern des Treibers (31), wobei die Auswerteeinheit (33) ausgelegt ist zum Zuführen eines Ergebnissignals, das von dem empfangenen Sensorsignal abgeleitet wurde, zum Treiber (31) und/oder zur Systemsteuerung (35).
  12. Schaltungsanordnung (3) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Auswerteeinheit (33) ausgelegt ist zum Versetzen des Sensorsignaleingangs (331) in einen hochohmigen Zustand.
  13. Schaltungsanordnung (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei die Auswerteeinheit (33) eine steuerbare Filtervorrichtung (3331) umfasst, die ausgelegt ist zum Filtern des empfangenen Sensorsignals.
  14. Verfahren (2) zum Steuern eines Halbleiterbauelements (1), wobei das Halbleiterbauelement (1) einen Halbleiterkörper (10) aufweist, der ausgelegt ist zum Betrieb in sowohl einem Leitungszustand, während dem ein Laststrom in einem Laststrompfad zwischen einem ersten Lastanschluss (11) und einem zweiten Lastanschluss (12) des Halbleiterbauelements (1) geleitet wird, als auch in einem Sperrzustand, während dem eine zwischen dem ersten Lastanschluss (11) und dem zweiten Lastanschluss (12) angelegte Spannung blockiert wird und ein Fluss des Laststroms verhindert wird, wobei das Verfahren (2) die folgenden Schritte umfasst: - Ausgeben (20), mittels einer Steuerungseinheit (35; 31), eines Steuersignals an eine Steuerelektrode (131) des Halbleiterbauelements (1) zum Versetzen des Halbleiterbauelements (1) in den Leitungszustand oder den Sperrzustand; - Empfangen (21), von einer elektrisch potentialfreien Sensorelektrode (132), die elektrisch von sowohl dem Halbleiterkörper (10) als auch der Steuerelektrode (131) isoliert ist und die kapazitiv mit dem Laststrompfad gekoppelt ist, eines Sensorsignals, wobei das Sensorsignal eine Stärke des Laststroms anzeigt, der von dem Halbleiterkörper (10) geleitet wird; - Vergleichen (22), mittels einer Auswerteeinheit (33), des empfangenen Sensorsignals mit einem ersten Schwellenwertbereich innerhalb eines ersten Zeitintervalls; - Bestimmen (23) eines Ergebnissignals in Abhängigkeit vom Vergleich; und - Ausgeben (24) des Ergebnissignals an die Steuerungseinheit (35; 31), wobei das Ausgeben folgende Schritte umfasst: - Ausgeben (24-1) des Ergebnissignals derart, dass es einen ersten Betriebszustand des Halbleiterbauelements (1) anzeigt, wenn sich das Sensorsignal während des ersten Zeitintervalls außerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet; und - Ausgeben (24-2) des Ergebnissignals derart, dass es einen zweiten Betriebszustand des Halbleiterbauelements (1) anzeigt, wenn sich das Sensorsignal innerhalb des ersten Schwellenwertbereichs befindet.
  15. Verfahren (2) nach Anspruch 14, das ferner folgende Schritte umfasst: - Filtern (21-1) des Sensorsignals mittels einer Filtervorrichtung (3331), die eine steuerbare Filtercharakteristik aufweist; und - Steuern (21-2) der Filtercharakteristik.
  16. Verfahren (2) nach Anspruch 15, wobei das Steuern der Filtervorrichtung (3331) in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebszustand des Halbleiterbauelements (1), der durch das Ergebnissignal angezeigt wird, und einem Timing, das sich auf einen Übergang zwischen dem ersten Betriebszustand und dem zweiten Betriebszustand bezieht, ausgeführt wird.
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