DE102017105712A1 - Transistorbauelement - Google Patents

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bipolar
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Thomas Basler
Hans-Joachim Schulze
Franz-Josef Niedernostheide
Johannes Georg Laven
Roman Baburske
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Infineon Technologies Austria AG
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Infineon Technologies Austria AG
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Abstract

Transistorbauelemente werden beschrieben, umfassend einen Bipolartransistor (10) und einen Unipolartransistor (11). Der Bipolartransistor kann eine um mindestens 1 V höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor aufweisen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Transistorbauelemente.
  • Hintergrund
  • In vielen Anwendungen werden Transistorbauelemente verwendet. Beispielsweise können Transistorbauelemente als Schalter in elektronischen Leistungsanwendungen verwendet werden. Verschiedene Transistortypen sind als Schalter verwendet worden, beispielsweise Biopolartransistoren (BJT; Bipolar Junction Transistor) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs; Insulated Gate Bipolar Transistors) oder Unipolartransistoren wie Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs; Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). Solche Transistoren und entsprechende Transistorbauelemente einschließlich einem oder mehreren Transistoren und einer möglichen zusätzlichen Schaltkreis sind in verschiedenen Designs verfügbar, um verschiedene Spannungen und/oder Ströme zu unterstützen.
  • Viele elektronische Leistungsanwendungen arbeiten über die meiste Zeit unter Teillast und erfordern einen Betrieb unter einer Maximallast (beispielsweise maximaler Strom oder maximale Leistung) nur für einen Teil der Zeit. Ein Beispiel für eine derartige Anwendung sind Schaltnetzteile (SMPS - Switched Mode Power Supplies), bei denen typischerweise während etwa 80% der Arbeitszeit höchstens 20% einer Höchstleistung benötigt wird. Dennoch müssen solche Bauelemente so ausgelegt werden, dass sie eine größte mögliche Leistung tolerieren, um Ausfälle zu verhindern. Außerdem existieren für höhere Spannungsbereiche, beispielsweise Spannungen über 1700 V, viele Anwendungen, die zwischen Volllast und Teillast schalten, beispielsweise Wandler für Solar- oder Windkraftanlagen oder eine Anwendung in Kraftantrieben von Fahrzeugen, wo zum Starten eines Motors Volllast erforderlich ist, wohingegen während des normalen Fahrens nur ein Teil der Vollleistung benötigt wird.
  • Verschiedene Transistortypen können beim Einsatz in solchen Anwendungen unterschiedliche Nachteile und Vorteile besitzen. Beispielsweise sind IGBTs für starke Ströme vorteilhaft, leiden aber unter Teillast oftmals unter einer vergleichsweise niedrigen Effizienz. Andererseits können einige Unipolartransistorschalter wie MOSFETs unter Volllast eine niedrigere Effizienz besitzen und/oder können große Chipflächen erfordern. Insbesondere im Fall von Überströmen besitzen Bipolartransistoren, insbesondere IGBTs, bessere Fähigkeiten als MOSFETs.
  • Eine Aufgabe besteht deshalb in der Bereitstellung von Transistorbauelementen mit einer verbesserten Handhabung von Überströmen, während sie unter Teillast, beispielsweise niedrigen Strömen, immer noch gute Fähigkeiten bereitstellen.
  • Kurzdarstellung
  • Gemäß einer Ausführungsform wird ein Transistorbauelement bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
    • einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist,
    • einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist, wobei der Bipolartransistor ausgelegt ist zum Führen eines Großteils eines durch das Transistorbauelement fließenden Stroms, wenn der Strom und/oder eine Steuerspannung, die den Unipolartransistor und den Bipolartransistor steuern, einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Transistorbauelement bereitgestellt, das Folgendes umfasst: einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist,
    einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist und
    einen Gatesteuerschaltkreis, wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist, den Bipolartransistor nur bei Detektion eines
    Überstromereignisses einzuschalten.
  • Die obige Kurzdarstellung soll lediglich einen kurzen Überblick über einige Merkmale von einigen Ausführungsformen vermitteln und ist nicht als beschränkend auszulegen.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein Blockdiagramm eines Transistorbauelements gemäß einer Ausführungsform.
    • 2A bis 2C sind Schaltungsdiagramme, die Transistorbauelemente gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellen.
    • 3 ist ein Diagramm, das beispielhafte Kennlinien von in Transistorbauelementen gemäß einigen Ausführungsformen enthaltenen Transistoren zeigt.
    • 4 ist ein Diagramm, das beispielhafte Kennlinien weiter darstellt.
    • 5 ist ein Diagramm, das ein Stoßstromereignis darstellt.
    • 6A und 6B sind Diagramme, die das Steuern von Transistorbauelementen gemäß Ausführungsformen darstellen.
    • 7 stellt ein Beispiel zum Steuern von Transistorbauelementen gemäß einer Ausführungsform dar.
    • 8A und 8B sind Schaltungsdiagramme, die Transistorbauelemente gemäß einigen Ausführungsformen zeigen.
    • 9 ist ein Diagramm, das eine Schwellenspannung eines in einigen Ausführungsformen verwendbaren IGBT darstellt.
    • 10A bis 10D stellen schaltbare Zellen eines IGBT gemäß einigen Ausführungsformen dar.
    • 11A und 11B stellen Draufsichten auf einen in einigen Ausführungsformen verwendbaren IGBT dar.
  • Ausführliche Beschreibung
  • Nachfolgend werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei angemerkt, dass diese Ausführungsformen nur beispielhaft vorgelegt werden und nicht als beschränkend auszulegen sind. Beispielhaft werden zwar möglicherweise Ausführungsformen so beschrieben, dass sie zahlreiche Merkmale oder Elemente umfassen, aber es können bei anderen Ausführungsformen einige dieser Merkmale oder Elemente entfallen und/oder sie können durch alternative Merkmale oder Elemente ersetzt werden. Zudem können zusätzlich zu den explizit gezeigten und beschriebenen Merkmalen und Elementen weitere Merkmale oder Elemente, wie sie dem Fachmann bekannt sind, vorgesehen werden.
  • Merkmale oder Elemente von verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu bilden. Bezüglich einer der Ausführungsformen beschriebene Variationen oder Modifikationen können auch auf andere Ausführungsformen angewendet werden.
  • Bei den erörterten und beschriebenen Ausführungsformen kann eine etwaige direkte elektrische Verbindung oder Kopplung zwischen Elementen, d. h. Verbindung oder Kopplung ohne zusätzliche dazwischenliegende Elemente, auch durch eine indirekte Verbindung oder Kopplung implementiert werden, d. h. eine Verbindung oder Kopplung, die ein oder mehrere zusätzliche dazwischenliegende Elemente umfasst, und umgekehrt, solange der allgemeine Zweck und die allgemeine Funktionsweise der Verbindung oder Kopplung, beispielsweise zum Übertragen einer gewissen Art von Signal oder Information oder zum Bereitstellen einer gewissen Art von Steuerung, im Wesentlichen aufrechterhalten wird.
  • Nachfolgend werden Transistorbauelemente beschrieben. Transistorbauelemente, wie sie hierin verwendet werden, enthalten einen oder mehrere Transistoren. Ein Transistor kann ein Bipolartransistor (beispielsweise unter Verwendung von n-dotierten oder p-dotierten aktiven Gebieten für die Implementierung) oder ein Unipolartransistor (unter Verwendung von im Wesentlichen aktiven Gebieten nur vom n-Typ oder nur vom p-Typ für die Implementierung) sein. Zu Beispielen für Bipolartransistoren zählen IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) mit einem Gateanschluss als einen Steueranschluss und Kollektor- und Emitteranschlüssen oder einem BJT (Bipolar Junction Transistor) mit einem Basisanschluss als einen Steueranschluss und ebenfalls Emitter- und Kollektoranschlüssen. Zu Beispielen für Unipolartransistoren zählen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder JFETs (Junction Field Effect Transistors), die einen Gateanschluss als Steueranschluss und Source- und Drainanschlüsse enthalten.
  • Bei einigen Ausführungsformen umfasst ein Transistorbauelement eine Parallelschaltung aus einem Unipolartransistor und einem Bipolartransistor. Der Bipolartransistor in der Ausführungsform ist so ausgelegt, dass er eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor besitzt, beispielsweise eine Schwellenspannung, die mindestens 1 V höher, mindestens 2 V höher, mindestens 3 V höher, mindestens 4 V höher oder mindestens 5 V höher ist. Weiterhin kann der Bipolartransistor so ausgelegt sein, dass er eine höhere Transkonduktanz als der Unipolartransistor besitzt. Auf diese Weise kann bei einigen Ausführungsformen der Bipolartransistor verwendet werden, um starke Ströme, insbesondere Stoßströme oder einen anderen Überstrom, zu unterstützen, wohingegen bei niedrigeren Strömen bei einigen Ausführungsformen möglicherweise nur der Bipolartransistor aktiv ist. Ein Überstrom ist in dieser Hinsicht ein Strom, der einen Schwellwert über normalen Arbeitsströmen übersteigt. Ein Stoßstrom ist ein Überstrom, der auf einer vergleichsweise kurzen Zeitskala, z. B. in der Größenordnung von 10 ms, auftritt.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf die Figuren stellt 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Transistorbauelements gemäß einer Ausführungsform dar.
  • Das Transistorbauelement von 1 umfasst einen Bipolartransistor 10 und einen Unipolartransistor 11, die parallel zwischen einen ersten Knoten 12 und einen zweiten Knoten 13 gekoppelt sind. „Parallel gekoppelt“ bedeutet in diesem Fall, dass einer des Emitter- oder Kollektoranschlusses des Bipolartransistors 10 an den Knoten 12 gekoppelt ist und der andere des Kollektor- oder Emitteranschlusses des Bipolartransistors 10 an den Knoten 13 gekoppelt ist. Gleicherweise ist einer des Source- oder Drainanschlusses des Unipolartransistors 11 an den Knoten 12 gekoppelt, und der andere des Source- oder Drainanschlusses des Unipolartransistors 11 ist an den zweiten Knoten 13 gekoppelt. Bei einigen Implementierungen kann der Bipolartransistor 10 ein IGBT sein. Bei einigen Implementierungen kann der Unipolartransistor 11 ein Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) sein. Bei einigen Ausführungsformen kann der Unipolartransistor 11 ein auf Siliziumcarbid (SiC) basierender Transistor sein.
  • Bei der Ausführungsform von 1 besitzt der Bipolartransistor 10 eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor 11, beispielsweise um 1 V höher, mindestens 2 V höher, mindestens 3 V höher, mindestens 4 V höher oder mindestens 5 V höher. Weiterhin kann der Bipolartransistor 10 bei einigen Ausführungsformen eine höhere Transkonduktanz als der Unipolartransistor 11 besitzen.
  • Die Schwellenspannung entspricht in dieser Hinsicht einer Mindestspannung an dem Steueranschluss (beispielsweise Gateanschluss) bezüglich eines weiteren Anschlusses (Sourceanschluss oder Emitteranschluss), der benötigt wird, um einen leitenden Weg zwischen dem Source- und Drainanschluss oder Kollektor- und Emitteranschluss herzustellen.
  • Der Bipolartransistor 10 und der Unipolartransistor 11 können eine gleiche Spannungsklasse besitzen, d. h. sie können für den Betrieb in einem gleichen Anoden-Kathoden-Spannungsbereich oder bis zu einer gleichen Spannungsgrenze (beispielsweise bis zu 100 V, bis zu 500 V, bis zu 1400 V, bis zu 2000 V, bis zu 3,5 kV, bis zu 5 kV, bis zu 6,5 kV oder sogar bis zu 7 kV, um nur einige Beispiele anzugeben) ausgelegt sein.
  • Bei einer derartigen Ausführungsform kann der Bipolartransistor 10 zum Führen von starken Strömen, beispielsweise Stoßströmen, verwendet werden, während bei niedrigeren Strömen im Wesentlichen nur der Unipolartransistor verwendet wird. Dies gestattet die Verwendung von günstigen Eigenschaften des Bipolartransistors für stärkere Ströme im Vergleich zu dem Unipolartransistor. Dies wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 später ausführlicher erläutert.
  • Vor diesen Erläuterungen werden unter Bezugnahme auf die 2A bis 2C einige Implementierungsbeispiele für Transistorbauelemente gemäß Ausführungsformen erörtert. In den 2A bis 2C tragen die gleichen oder ähnliche Elemente die gleichen Bezugszahlen und werden nicht wiederholt im Detail beschrieben.
  • Die Bauelemente der 2A bis 2C enthalten jeweils einen IGBT 20 und einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor 21, die parallel zwischen einen ersten Knoten 22 und einen zweiten Knoten 23 gekoppelt sind. Der MOSFET 21 kann bei Ausführungsformen ein SiC-MOSFET sein, und der IGBT 20 kann ein auf Silizium (Si) basierender IGBT sein. Ein MOSFET 21 ist mit einer integrierten Body-Diode 24 ausgestattet.
  • In 2B sind nur der IGBT 20 und der MOSFET 21 zusammen mit der integrierten Body-Diode 24 dargestellt. Bei der Ausführungsform von 2A ist zusätzlich eine Silizium-Freilaufdiode 25 zwischen die Knoten 22 und 23 gekoppelt vorgesehen, und in der Ausführungsform von 2C ist zusätzlich eine Siliziumcarbid(SiC)-Schottky-Diode 26 zwischen den Knoten 22 und 23 vorgesehen. Deshalb können, wie ersichtlich, Freilaufdioden oder andere Schaltungselemente wie Schottky-Dioden zusätzlich zu dem IGBT 20 und dem MOSFET 21 vorgesehen sein.
  • Es sei angemerkt, dass die Ausführungsformen der 2A und 2C kombiniert werden können, d. h. eine Silizium-Freilaufdiode und eine Siliziumcarbid-Schottky-Diode können beide vorgesehen sein. Solche Dioden können zum Reduzieren von Schwingungen beim Schalten des Transistorbauelements in einigen Ausführungsformen dienen.
  • Bei einigen Ausführungsformen können für eine Hochspannungsanwendung Peripheriegebiete des Bipolartransistors (beispielsweise IGBT) so ausgelegt sein, dass sie während Stromkommutierungsprozessen geschützt sind. Insbesondere kann eine reduzierte Emittereffizienz in einem Peripheriegebiet eines IGBT-Chips durch eine reduzierte Emitter-Dotierung oder eine erhöhte Feldstoppdotierung im Vergleich zu einem zentralen Gebiet bereitgestellt werden.
  • Es sei angemerkt, dass der IGBT auch ein SiC-basierter IGBT sein kann.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der IGBT ein in Sperrrichtung leitender IGBT sein, d. h. eine integrierte Freilaufdiode enthalten, insbesondere ein sogenannter RCDC(Reverse Conducting Diode Controlled)-IGBT. Bei solchen RCDC-IGBTs können Kennlinien über den Gateanschluss des RCDC-IGBT auch dann gesteuert werden, wenn sich der RCDC-IGBT in einem Diodenmodus befindet (d. h. einen Strom im Wesentlichen über die Diode leitet). Bei einigen Ausführungsformen ist ein derartiger in Sperrrichtung leitender (RC - Reverse Conducting) IGBT möglicherweise nicht steuerbar. In einem derartigen Fall kann der RC-IGBT sowohl in einem Vorwärtsbiasmodus als auch einem Freilaufdiodenmodus als ein Bipolarbauelement betrieben werden, und der Unipolartransistor kann in beiden Modi als ein Unipolarbauelement betrieben werden. Bei solchen Ausführungsformen kann die Steuerung des Transistorbauelements vereinfacht werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen können der Bipolartransistor (z. B. IGBT) und/oder der Unipolartransistor (z. B. MOSFET) Kompensationsbauelemente sein, d. h., sie können Gebiete enthalten, wo zum Beispiel eine n-Dotierung durch Gebiete mit (z. B. Säulen aus) p-Dotierung oder umgekehrt kompensiert wird. Als ein Beispiel kann der Unipolartransistor ein Superjunction-MOSFET sein.
  • Als Nächstes werden Eigenschaften von Unipolar- und Bipolartransistoren in Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 anhand eines Siliziumcarbid-MOSFET als ein Beispiel für einen Unipolartransistor und eines IGBT als ein Beispiel für einen Bipolartransistor beschrieben. Die Erläuterung erfolgt anhand beispielhafter Kennlinien, die lediglich zu Darstellungszwecken dienen und nicht als Beschränkung ausgelegt werden sollen.
  • In 3 zeigt eine Kurve 40 einen Beispielstrom I (Drain-Source-Strom) für einen SiC-MOSFET über einer Gatespannung VG, und eine Kurve 41 veranschaulicht einen Beispielstrom (Kollektor-Emitter-Strom) für einen IGBT über der Gatespannung VG. Wie zu sehen ist, besitzt der SiC-MOSFET in der dargestellten Ausführungsform eine niedrigere Schwellenspannung als der IGBT. Beispielsweise kann die Schwellenspannung des Unipolartransistors etwa 6 V unter der Schwellenspannung des Bipolartransistors in dem gezeigten Beispiel liegen. Weiterhin variieren die Steigungen der Kurven, d. h. die Transkonduktanzen, zwischen Kurve 40 und Kurve 41. Beispielhaft kann die Steigung etwa 15 bis 20 S (Siemens) für den SiC-MOSFET (Kurve 40) und etwa 50 S für den IGBT (Kurve 41) betragen, so dass der Strom für den IGBT mit steigender Gatespannung schneller ansteigt, nachdem die Schwellenspannung erreicht worden ist. Dies bedeutet, dass starke Ströme bei hohen Gatespannungen meist durch den IGBT unterstützt werden, während niedrigere Ströme durch den SiC-MOSFET unterstützt werden. Da IGBTs bei stärkeren Strömen im Allgemeinen effizienter sind als bei niedrigeren Strömen, kann dies die Gesamteffizienz des Transistorbauelements erhöhen und die anfänglich für SiC-MOSFETs bei starken Strömen in einigen Ausführungsformen beschriebenen Probleme verhindern.
  • Mit anderen Worten wird der IGBT als eine Art von „Verstärker“ bei hohen Gatespannungen verwendet, während bei niedrigeren Gatespannungen (unter der Schwellenspannung des IGBT) primär der Unipolartransistor verwendet wird.
  • Wie erwähnt besitzen zwar sowohl der Unipolar- als auch der Bipolartransistor die oben erörterten Eigenschaften, doch können sie etwa die gleiche Nennspannung (Spannungsklasse) besitzen, was bei einigen Ausführungsformen eine kleine Chipgröße ermöglicht. Die Nennspannung kann einer Spannung entsprechen, die die Transistoren tatsächlich verwenden sollen oder dafür genehmigt sind.
  • Da die Temperaturabhängigkeit der Sperrspannung von IGBTs und in einigen Transistorimplementierungen voneinander verschieden sein kann, besitzt bei einigen Ausführungsformen der IGBT eine höhere Sperrspannung bei Raumtemperatur, die beispielsweise um mehr als 50 V oder sogar mehr als 100 V über der Durchschlagspannung des MOSFET bei Raumtemperatur liegen kann. Bei derartigen Ausführungsformen kann die Sperrspannung des IGBT und die Durchschlagspannung des MOSFET bei einer Arbeitstemperatur des Transistorbauelements, die je nach der Anwendung z. B. 120 °C oder sogar 150 °C oder mehr betragen kann, etwa gleich sein. In dieser Hinsicht ist die Sperrspannung eine Spannung unter einem (Lawinen-) Durchschlag. Eine Nennsperrspannung eines Bauelements wie etwa eines Transistors zeigt eine Höchstspannung an, für die kein Durchschlag auftritt, wie durch einen Hersteller spezifiziert und/oder garantiert. Die Durchschlagspannung ist die Spannung, wo der tatsächliche Durchschlag auftritt, üblicherweise bei einem gewissen vorbestimmten Durchschlagstrom wie etwa 1 mA spezifiziert.
  • Dies wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 4 näher erläutert. 4 veranschaulicht, ähnlich 3, einen Beispielstrom I (Drain-Source-Strom) über der Gatespannung für einen Siliziumcarbid-MOSFET (Kurve 50) und einen IGBT (Kurve 51), wobei der IGBT eine höhere Schwellenspannung (beispielsweise etwa 10 V) als der SiC-MOSFET (beispielsweise etwa 4 V) besitzt und der IGBT eine höhere Transkonduktanz als der SiC-MOSFET besitzt. Das bedeutet, dass bei niedrigeren Gatespannungen unter 10 V in einem Bereich 52 in dem Beispiel von 4 der IGBT im Wesentlichen nichtleitend ist und der Siliziumcarbid-MOSFET den Strom übernimmt. In diesem Bereich ist insbesondere keine Kurzschlussrobustheit des IGBT notwendig, obwohl der IGBT so ausgelegt sein kann, dass er solchen Kurzschlussströmen von beispielsweise zwischen 12 V und 10 V in dem Beispiel von 4 standhält, um eine Kurzschlussrobustheit bis zu 12 V in dem Beispiel von 4 bereitzustellen.
  • Andererseits kann der IGBT so ausgelegt sein, dass er typischen Stoßströmen standhält, insbesondere Stoßströmen mit kleineren Zeittransienten von beispielsweise etwa 100 µs oder mehr, 1 ms oder mehr oder 10 ms oder mehr (aber immer noch signifikant höhere Zeitkonstanten als in dem Fall von Kurzschlüssen, wo Zeitkonstanten von einigen wenigen µs auftreten können), was bei einigen Anwendungen auftreten kann. Dies führt zu einer Fähigkeit zum Standhalten von Stoßströmen insbesondere in einem in 4 mit 53 bezeichneten Bereich, wo der IGBT den Strom zum Großteil oder fast ganz übernimmt. Auf Basis der oben erwähnten Zeitkonstanten kann ein Bauelement wie etwa ein Treiber, der den IGBT und MOSFET ansteuert, so ausgelegt werden, dass es zwischen Stoßströmen und Kurzschlüssen unterscheidet, z. B. durch Messen der Steigung des Stroms, und den IGBT nur im Fall eines Stoßstroms aktiviert.
  • Da typisch Siliziumcarbid-MOSFETs vergleichsweise niedrige Spannungsschwellwerte besitzen und IGBTs so ausgelegt sein können, dass sie höhere Spannungsschwellwerte besitzen, kann eine Schwellwertbeziehung wie in 4 gezeigt durch ein entsprechendes Bauelementdesign erhalten werden. Beispiele für das Design von IGBTs mit hohen Schwellenspannungen werden später unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 erläutert.
  • Ein derartiger IGBT kann eine hohe Transkonduktanz besitzen, die bei Ausführungsformen durch eine hohe Kanalbreite und/oder eine kurze Kanallänge justiert werden kann, was zu der vergleichsweise hohen Transkonduktanz des IGBT im Vergleich zu dem Siliziumcarbid-MOSFET in dem Beispiel von Fig. 3 und 4 führt. Insbesondere kann der IGBT für einen breiten Dynamikbereich (d. h. einen breiten Bereich von Strömen) ausgelegt sein, wie in 4 gezeigt.
  • Bei einigen Implementierungen kann der IGBT mit lokal stark p-dotierten Gebieten an einer Rückseite davon implementiert werden, um insbesondere bei stärkeren Strömen einen starken p-Emitter zu implementieren. Je nach den lateralen Abmessungen dieser stark p-dotierten Gebiete kann dies zu einer verbesserten Weichheit beim Ausschalten oder einer verbesserten Kurzschlussrobustheit bei einigen Ausführungsformen führen. Bei anderen Ausführungsformen kann eine Dotierung an Peripheriegebieten an der Rückseite reduziert werden, was zu dem Verbessern des Stoßstromverhaltens beitragen kann. Weiterhin können bei einigen Ausführungsformen stark p-dotierte Streifen an der Rückseite vorgesehen werden, ebenfalls um das Stoßstromverhalten bei einigen Ausführungsformen zu verbessern.
  • Es sei angemerkt, dass neben dem Steuern des IGBT über die Schwellenspannung, um (bei höheren Spannungen und für stärkere Ströme) später als der SiC-MOSFET einzuschalten, bei anderen Ausführungsformen auch eine aktive Gatesteuerung, die den IGBT so steuert, dass er sich nur dann in einem Ein-Zustand befindet, wenn stärkere Ströme erforderlich sind, vorgesehen werden kann, wie weiter unten erläutert wird.
  • 5 veranschaulicht ein Stoßstromverhalten von Transistorbauelementen gemäß einigen Ausführungsformen, wobei ein Strom I über der Zeit gezeigt ist. Eine Kurve 60 veranschaulicht schematisch ein Stoßstromereignis, wobei ein Strom einen Höchststrom Imax,surge erreicht. Eine Linie 62 zeigt einen kritischen Strom für einen Unipolartransistor wie etwa einen SiC-MOS, d. h. einen Strom, wo abträgliche Effekte in dem Unipolartransistor, wie bereits erörtert, auftreten können, z. B. die Zerstörung des Transistors. Wie durch eine gestrichelte Linie 63 angegeben, wird der Bipolartransistor, beispielsweise der IGBT, beispielsweise durch entsprechendes Erhöhen der Gatespannung, eingeschaltet, sobald der Stoßstrom die kritische Grenze erreicht (oder früher), so dass der Bipolartransistor dann den meisten Strom führt, beispielsweise bis zu 80% des Höchststroms Imax,surge. Nach dem Stoßstromereignis kann, wie bei einer gestrichelten Linie 64 und einem Pfeil 61 angezeigt, die Gatespannung wieder gesenkt werden, wodurch der Bipolartransistor ausgeschaltet wird.
  • Stoßereignisse wie etwa das in 5 gezeigte besitzen typische Dauern, beispielsweise etwa 10 ms (oder 1 ms oder 100 ms), und können auf Basis dieses zeitlichen Verhaltens und der damit assoziierten Stromsteigungen detektiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann bei Detektion des Stoßstroms die Gatespannung erhöht werden, um den Bipolartransistor einzuschalten, und/oder der Bipolartransistor kann durch einen dedizierten Gatetreiber eingeschaltet werden. Diese verschiedenen Möglichkeiten zum Steuern werden nun unter Bezugnahme auf die 6A und 6B erläutert. In den 6A und 6B tragen ähnliche Elemente die gleichen Bezugszahlen und werden nicht zweimal erörtert, um Wiederholungen zu vermeiden.
  • Die Ausführungsformen von 6A und 6B umfassen jeweils einen IGBT 70 als ein Beispiel für einen Bipolartransistor und einen MOSFET 71 mit einer Diode 72 als ein Beispiel für einen Unipolartransistor, die parallel zwischen die Knoten 73, 74 gekoppelt sind. Bei der Ausführungsform von 6A ist ein einzelner Gatetreiber 75 vorgesehen, um sowohl den IGBT 70 als auch den MOSFET 71 zu steuern. Der Gatetreiber 75, wie durch einen Pfeil 76 angezeigt, kann eine Verstärkungsstufe zum Liefern einer hohen Gatespannung, um auch den IGBT 70 einzuschalten, umfassen. Diese Verstärkungsstufe kann auf vergleichsweise einfache Weise implementiert werden, da sie nur für Stoßereignisse benötigt wird. Der Gatetreiber 75 kann dann den IGBT 70 durch Erhöhen („Verstärken“) der Gatespannung bei Detektion eines Überstromereignisses wie etwa eines Stoßstromereignisses einschalten.
  • 6B veranschaulicht eine Implementierung mit separaten Treibern, wo ein IGBT-Gatetreiber 77 den IGBT 70 steuert und ein MOSFET-Gatetreiber 78 den MOSFET 71 steuert. Bei dieser Implementierung schaltet der IGBT-Gatetreiber 77 den IGBT 70 in dem Fall an, dass ein Überstromereignis wie etwa ein Stoßstromereignis detektiert wird. Der IGBT-Gatetreiber 77 kann unter Verwendung eines vergleichsweise einfachen Designs implementiert werden, da er nur in der Lage sein muss, den IGBT 70 im Fall von Stoßstromereignissen einzuschalten. Mit anderen Worten muss der Gatetreiber 77 nicht optimiert werden, damit er in der Lage ist, den IGBT während eines schnellen periodischen Schaltens oder ähnlichen Anwendungen ein- oder auszuschalten.
  • Die in 6A und 6B erörterten Gatetreiber können auch konfiguriert sein, den IGBT 70 und den MOSFET 71 stufenweise auszuschalten, indem zuerst der IGBT 70 und dann der MOSFET 71 ausgeschaltet wird. Unter Verwendung der Kennlinien von 4 als Beispiel kann, wenn beide Transistoren 70, 71 unter Verwendung einer Gatespannung von z. B. 15 V eingeschaltet werden, die Gatespannung zuerst auf etwa 10 V reduziert werden, um den IGBT 70 auszuschalten, dann während einer gewissen vorbestimmten Zeit bei 10 V bleiben und dann z. B. auf 0 V oder darunter reduziert werden, um auch den MOSFET 71 auszuschalten.
  • Oben erörterte Ausführungsformen können für alle Anwendungen verwendet werden, wo ein Überstrom/Stoßstrom gehandhabt werden muss, beispielsweise ein Einschaltstrom, der auftritt, wenn gewisse Glühbirnen, eine Motoransteuerung oder Transformatoren eingeschaltet werden. Solche Starkstrombedingungen können insbesondere in einer Anwendung auftreten, wo hohe Lastvariationen existieren. Bei einigen Implementierungen können die beschriebenen Ausführungsformen den Stoßstromschutz verbessern.
  • 7 veranschaulicht ein Beispiel zum Steuern von Transistorbauelementen gemäß Ausführungsformen. In 7 ist ein erstes Transistorbauelement, das einen RC-IGBT 82 und einen MOSFET 83 umfasst, zwischen einen ersten Anschluss 86, beispielsweise einen Anschluss zum Empfangen einer positiven Versorgungsspannung, und einen Knoten 88 gekoppelt. Ein zweites Transistorbauelement, das einen RC-IGBT 84 und einen MOSFET 85 umfasst, ist zwischen den Knoten 88 und einen zweiten Anschluss 87 gekoppelt, der beispielsweise ausgelegt sein kann zum Empfangen einer negativen Versorgungsspannung oder zum Koppeln an Masse. Das erste und zweite Transistorbauelement können wie zuvor erörtert implementiert sein. Auf diese Weise wirkt in dem Beispiel von 7 das erste Transistorbauelement als ein Hochspannungsschalter und das zweite Transistorbauelement wirkt als ein Niederspannungsschalter. Der RC-IGBT 82 und der MOSFET 83 werden beispielsweise durch ein Signal 80 gesteuert, und ein RC-IGBT 84 und ein MOSFET 85 werden durch ein Signal 81 gesteuert, um das erste Transistorbauelement und das zweite Transistorbauelement abwechselnd zu öffnen und zu schließen, um eine Last 89 und einen Knoten 88 abwechselnd an den Anschluss 86 oder den Anschluss 87 zu koppeln. Bei den beispielhaften Steuersignalen 80, 81, die gezeigt sind, gibt es eine Zeit td1, td3, wo beide Transistorbauelemente offen (ausgeschaltet) sind, um beim Schalten einen Kurzschluss zwischen Anschlüssen 86, 87 zu verhindern. Das in 8 dargestellte Steuerschema und die Signale 80, 81 dienen lediglich als Beispiele.
  • Die 8A und 8B veranschaulichen Transistorbauelemente gemäß weiteren Ausführungsformen, einschließlich einer zusätzlichen induktiven (8A) oder resistiven (8B) Gatekopplung in einem Transistorbauelement. Die Ausführungsformen der 8A und 8B umfassen jeweils einen Bipolartransistor 91, beispielsweise einen IGBT, und einen Unipolartransistor 92, beispielsweise einen MOSFET (z. B. SiC-MOSFET), die zwischen einen ersten Anschluss 90 und einen zweiten Anschluss 95 gekoppelt sind. Eine durch einen Treiber 93 generierte Steuerspannung (Gate-Emitter-/Gate-Source-Spannung) Vge steuert die Transistoren 91, 92. In 8A ist eine zusätzliche Kopplung über eine SiC-Diode 94 (z. B. eine Merged-Pin-Schottky(MPS)-SiC-Diode) und eine Induktivität 96 (die beispielsweise durch Bonddrähte realisiert sein kann) vorgesehen, und in 8B ist eine zusätzliche Kopplung über eine SiC-Diode 94 und einen Widerstand und/oder Induktor 96 realisiert. Im Fall eines Überspannungsereignisses geht die Diode 94 in einen Lawinendurchschlag. Deshalb fließt bei einem derartigen Ereignis ein Strom durch den Widerstand/Induktor 96. Durch angemessene Dimensionierung kann in diesem Fall der Bipolartransistor 91 wenigstens teilweise schließen, um einen Teil des Stroms zu leiten. Eine angemessene Dimensionierung kann in diesem Fall das Auslegen der Diode 94 mit einer niedrigeren Durchschlagspannung als den Bipolartransistor 91 und den Unipolartransistor 92 beinhalten. Ansonsten lassen sich die Überlegungen für das Design von Transistoren 91, 92 beispielsweise bezüglich unter Bezugnahme auf 1-7 erörterten Schwellenspannungen auch auf die 8A und 8B anwenden.
  • Als Nächstes wird eine in einigen Ausführungsformen verwendbare beispielhafte Implementierung eines IGBT unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 erörtert. Insbesondere wird unter Bezugnahme auf die 9 bis 11 ein IGBT erörtert, der für eine hohe Schwellenspannung ausgelegt sein kann, so dass die Schwellenspannung des IGBT größer gemacht werden kann als die Schwellenspannung eines Unipolartransistors wie etwa eines SiC-MOSFET, wie zuvor erörtert.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann eine Schwellenspannung durch eine Dotierstoffkonzentration in einem Body-Gebiet des IGBT oder eine Dicke einer Gateisolationsschicht (beispielsweise Oxidschicht) beeinflusst werden. 9 zeigt eine beispielhafte Schwellenspannung Vth über einer Body-Dotierung vom p-Typ eines Body-Gebiets zum Variieren von Oxiddicken eines Gateoxids, wobei sich die verschiedenen Kurven auf verschiedene Dicken beziehen. Die Kurven von Fig. 9 können beispielsweise auf einem IGBT für Spannungen von etwa 4,5 kV anwendbar sein.
  • Wie aus 9 ersichtlich ist, kann die Schwellenspannung durch Variieren der Dotierstoffkonzentration eines Body-Gebiets variiert werden, wie später für ein Body-Gebiet 312 erläutert werden wird, und/oder durch Variieren einer Gateoxiddicke. Bei einigen Ausführungsformen können Zellen mit unterschiedlichen Schwellenspannungen vorgesehen werden.
  • Die 10A bis 10D veranschaulichen Zellen eines beispielhaften IGBT, wobei der IGBT mehrere Zellen umfasst. In dem Beispiel von 10 sind Zellen 101a, 101b vorgesehen, die jeweils für eine gewünschte Schwellenspannung ausgelegt sein können, beispielsweise unter Verwendung der Informationen von den Kurven von 9. Die Zellen 101a, 101b sind Zellen vom Grabentyp. Der beispielhafte IGBT der 10A bis 10B umfasst weiterhin inaktive Zellen 101c. Inaktive Zellen 101c können zwischen der Zelle 101a und der Zelle 101b vorgesehen sein. Die Zellen 101a, 101b können eine gleiche Schwellenspannung oder unterschiedliche Schwellenspannungen aufweisen. Insbesondere kann die Zelle 101b eine höhere Schwellenspannung als die Zelle 101a aufweisen.
  • Bei der Implementierung von 10A umfasst das Body-Gebiet 312 der Zelle 101b ein p-dotiertes Body-Gebiet 313, das eine höhere Dotierkonzentration als das übrige Body-Gebiet 312 aufweist. Bei anderen Ausführungsformen kann auch das Body-Gebiet der Zelle 101a ein derartiges p-dotiertes Body-Gebiet 313 beinhalten. In diesem Fall können mit der Zelle 101b assoziierte Teile des Body-Gebiets 313 vom p-Typ die gleiche Dotierkonzentration wie oder eine andere Dotierkonzentration als das entsprechende mit der Zelle 101a assoziierte Body-Gebiet 313 vom p-Typ aufweisen. Wie unter Bezugnahme auf 9 erläutert, kann durch Justieren der Dotierstoffkonzentration eine Schwellenspannung justiert werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Body-Gebiet 313 vom p-Typ zwischen dem übrigen Body-Gebiet 312 und einem Driftgebiet vorgesehen sein.
  • In der Implementierung von 10B umfasst jedes Body-Gebiet ein Kanalgebiet 317, wobei mit der Zelle 101b assoziierte Kanalgebiete 317 eine gleiche oder andere Dotierstoffkonzentration als die mit der Zelle 101a assoziierten Kanalgebiete aufweisen können. Bei einigen Ausführungsformen, wie in 10C dargestellt, kann eine Dicke einer Gateisolationsschicht 315C justiert werden, um eine Schwellenspannung bereitzustellen. Bei einigen Ausführungsformen, wie in 10D dargestellt, können potentialfreie Gatestrukturen verwendet werden. In Fig. 10D können inaktive Zellen 101c eine hochohmige Verbindung, z. B. > 1000 Ohm, zu einem Sourceanschluss besitzen, während in den Ausführungsformen der 10A-10C inaktive Zellen eine niederohmige Verbindung, z. B. < 100 Ohm, zu dem Sourceanschluss besitzen können. Die in 10A bis 10D gezeigten Variationen können miteinander kombiniert oder separat zum Justieren einer Schwellenspannung, wie gewünscht, verwendet werden.
  • Die 11A und 11B veranschaulichen beispielhafte Draufsichten auf IGBTs 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Bauelement 100 der 11A und 11B besitzt einen peripheren Rand 610. Weiterhin besitzt die Ausführungsform von 11A Zellen 101a, 101b, wie unter Bezugnahme auf 10A bis 10D beschrieben, derart verteilt, dass sich mehr Zellen 101b nahe bei dem peripheren Rand 610 befinden. Bei einer derartigen Ausführungsform können die Zellen 101b eine höhere Schwellenspannung als die Zellen 101a besitzen. Eine reduzierte Trägerdichte im normalen Betrieb kann an oder nahe dem peripheren Rand 610 vorgesehen werden. 11B veranschaulicht eine Variation von Fig. 11A, wo zusätzliche inaktive Zellen 101c vorgesehen sind.
  • In verschiedenen Bereichen, die näher an dem peripheren Rand 610 liegen oder von diesem stärker beabstandet sind, können verschiedene Elementarzellen 620 zum Ausbilden des Bauelements 100 von 11B verwendet werden. Die 9 bis 11 veranschaulichen nur Beispiele dessen, wie IGBTs mit einer hohen Schwellenspannung implementiert werden können, und sie sind nicht als beschränkend auszulegen.
  • Es sei angemerkt, dass auf eine ähnliche Weise wie in 11A und 11B gezeigt der IGBT und der MOSFET in einem Einzelbauelement integriert sein können, wobei Si-IGBT-Zellen entsprechend den Zellen 101a angeordnet sind und Si-MOSFET-Zellen den Zellen 101b entsprechen. Bei einer derartigen Implementierung können die Si-MOSFET-Zellen in einem Driftgebiet eine höhere n-Dotierstoffkonzentration besitzen. Alternativ können Unipolar- und Bipolartransistoren wie Si-IGBT und SiC-MOSFET auf einem gleichen Substrat gebondet werden.
  • Weiterhin können bei einigen Ausführungsformen der Bipolartransistor (z. B. IGBT) und/oder der Unipolartransistor (z. B. MOSFET) als Kompensationsbauelemente implementiert werden, d. h. sie können Gebiete enthalten, wo z. B. eine n-Dotierung durch Gebiete mit (z. B. Säulen von) p-Dotierung kompensiert wird oder umgekehrt. Als ein Beispiel kann der Unipolartransistor ein Superjunction-MOSFET sein.
  • Die folgenden Ausführungsformen sind Ausführungsbeispiele.
  • Beispiel 1. Transistorbauelement, das Folgendes umfasst: einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist, einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist, wobei der Bipolartransistor ausgelegt ist, einen Großteil eines durch das Transistorbauelement fließenden Stroms zu führen, wenn der Strom und/oder eine Steuerspannung, die den Unipolartransistor und den Bipolartransistor steuern, einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen.
  • Beispiel 2. Transistorbauelement von Beispiel 1, wobei der Bipolartransistor ausgelegt ist, eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor zu haben, wobei eine Differenz zwischen der Schwellenspannung des Bipolartransistors und der Schwellenspannung des Unipolartransistors mindestens 1 V beträgt.
  • Beispiel 3. Bauelement von Beispiel 2, wobei die Differenz mindestens 3 V beträgt.
  • Beispiel 4. Bauelement von Beispiel 3, wobei die Differenz mindestens 5 V beträgt.
  • Beispiel 5. Bauelement von Beispiel 1, wobei der Unipolartransistor eine gleiche Nennspannung wie der Bipolartransistor besitzt.
  • Beispiel 6. Bauelement von Beispiel 1, wobei der Bipolartransistor eine höhere Transkonduktanz als der Unipolartransistor besitzt.
  • Beispiel 7. Das Bauelement von Beispiel 1, wobei der Bipolartransistor einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate umfasst.
  • Beispiel 8. Das Bauelement von Beispiel 1, wobei der Unipolartransistor einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor umfasst.
  • Beispiel 9. Das Bauelement von Beispiel 1, wobei der Unipolartransistor einen Siliziumcarbid-basierten Transistor umfasst.
  • Beispiel 10. Das Bauelement von Beispiel 1, weiterhin umfassend eine Treiberschaltung, wobei die Treiberschaltung konfiguriert ist, eine Steuerspannung zumindest für den Bipolartransistor im Fall eines Überstromereignisses zu erhöhen.
  • Beispiel 11. Das Bauelement von Beispiel 10, wobei die Gatetreiberschaltung konfiguriert ist zum Steuern sowohl des Unipolartransistors als auch des Bipolartransistors.
  • Beispiel 12. Das Bauelement von Beispiel 10, umfassend eine weitere Gatetreiberschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern des Unipolartransistors.
  • Beispiel 13. Das Bauelement von Beispiel 10, wobei die Treiberschaltung zum Ausschalten des Transistorbauelements konfiguriert ist zum Ausschalten des Unipolartransistors nach dem Ausschalten des Bipolartransistors.
  • Beispiel 14. Das Bauelement von Beispiel 1, wobei der Bipolartransistor bei 20 °C eine höhere Sperrspannung als der Unipolartransistor besitzt.
  • Beispiel 15. Ein Transistorbauelement, das Folgendes umfasst:
    • einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist,
    • einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist und
    • einen Gatesteuerschaltkreis, wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist, den Bipolartransistor nur bei Detektion eines
    • Überstromereignisses einzuschalten.
  • Beispiel 16. Das Bauelement von Beispiel 15, wobei der Bipolartransistor eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor besitzt.
  • Beispiel 17. Das Bauelement von Beispiel 16, wobei der Gatetreiberschaltkreis einen gemeinsamen Steuertreiber für den Bipolartransistor und den Unipolartransistor umfasst.
  • Beispiel 18. Bauelement von Beispiel 15, wobei der Steuerschaltkreis separate Steuertreiber für den Bipolartransistor und den Unipolartransistor umfasst.
  • Beispiel 19. Das Bauelement von Beispiel 15, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Unterscheiden zwischen einem Kurzschlussereignis und einem Stoßstromereignis und zum Einschalten des Bipolartransistors, nur falls das Überstromereignis ein Stoßstromereignis ist.
  • Beispiel 20. Bauelement von Beispiel 1, weiterhin umfassend mindestens eine einer zwischen dem ersten und zweiten Anschluss gekoppelten Freilaufdiode oder einer zwischen dem ersten und zweiten Anschluss gekoppelten Siliziumcarbiddiode.
  • Angesichts der vielen oben beschriebenen Variationen und Alternativen ist es klar, dass die obigen Ausführungsformen lediglich als veranschaulichende Beispiele dienen und nicht als beschränkend auszulegen sind.

Claims (20)

  1. Transistorbauelement, das Folgendes umfasst: einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist, einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist, wobei der Bipolartransistor ausgelegt ist, einen Großteil eines durch das Transistorbauelement fließenden Stroms zu führen, wenn der Strom und/oder eine Steuerspannung, die den Unipolartransistor und den Bipolartransistor steuern, einen vorbestimmten Schwellwert übersteigen.
  2. Transistorbauelement nach Anspruch 1, wobei der Bipolartransistor ausgelegt ist, eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor zu haben, wobei eine Differenz zwischen der Schwellenspannung des Bipolartransistors und der Schwellenspannung des Unipolartransistors mindestens 1 V beträgt.
  3. Bauelement nach Anspruch 2, wobei die Differenz mindestens 3 V beträgt.
  4. Bauelement nach Anspruch 3, wobei die Differenz mindestens 5 V beträgt.
  5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-4, wobei der Unipolartransistor eine gleiche Nennspannung wie der Bipolartransistor besitzt.
  6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-5, wobei der Bipolartransistor eine höhere Transkonduktanz als der Unipolartransistor besitzt.
  7. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Bipolartransistor einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate umfasst.
  8. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-6, wobei der Unipolartransistor einen Metalloxidhalbleiter-Feldeffekttransistor umfasst.
  9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-7, wobei der Unipolartransistor einen Siliziumcarbid-basierten Transistor umfasst.
  10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-8, weiterhin umfassend eine Treiberschaltung, wobei die Treiberschaltung konfiguriert ist, eine Steuerspannung zumindest für den Bipolartransistor im Fall eines Überstromereignisses zu erhöhen.
  11. Bauelement nach Anspruch 10, wobei die Gatetreiberschaltung konfiguriert ist zum Steuern sowohl des Unipolartransistors als auch des Bipolartransistors.
  12. Bauelement nach Anspruch 10, umfassend eine weitere Gatetreiberschaltung, die konfiguriert ist zum Steuern des Unipolartransistors.
  13. Bauelement nach einem der Ansprüche 10-12, wobei die Treiberschaltung zum Ausschalten des Transistorbauelements konfiguriert ist zum Ausschalten des Unipolartransistors nach dem Ausschalten des Bipolartransistors.
  14. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-13, wobei der Bipolartransistor bei 20 °C eine höhere Sperrspannung als der Unipolartransistor besitzt.
  15. Transistorbauelement, das Folgendes umfasst: einen Unipolartransistor, der zwischen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss gekoppelt ist, einen Bipolartransistor, der parallel zu dem Unipolartransistor zwischen den ersten und zweiten Anschluss gekoppelt ist und einen Gatesteuerschaltkreis, wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist, den Bipolartransistor nur bei Detektion eines Überstromereignisses einzuschalten.
  16. Bauelement nach Anspruch 15, wobei der Bipolartransistor eine höhere Schwellenspannung als der Unipolartransistor besitzt.
  17. Bauelement nach Anspruch 16, wobei der Gatetreiberschaltkreis einen gemeinsamen Steuertreiber für den Bipolartransistor und den Unipolartransistor umfasst.
  18. Bauelement nach Anspruch 15, wobei der Steuerschaltkreis separate Steuertreiber für den Bipolartransistor und den Unipolartransistor umfasst.
  19. Bauelement nach einem der Ansprüche 15-18, wobei die Steuerschaltung konfiguriert ist zum Unterscheiden zwischen einem Kurzschlussereignis und einem Stoßstromereignis und zum Einschalten des Bipolartransistors, nur falls das Überstromereignis ein Stoßstromereignis ist.
  20. Bauelement nach einem der Ansprüche 1-19, weiterhin umfassend mindestens eine einer zwischen dem ersten und zweiten Anschluss gekoppelten Freilaufdiode oder einer zwischen dem ersten und zweiten Anschluss gekoppelten Siliziumcarbiddiode.
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