CN1258381A - 半导体器件及其应用 - Google Patents

Abstract

一种半导体器件及其应用,该半导体器件尤其以碳化硅(SiC)为基,它能迅速地将短路电流限制到一个可接受的电流值上。为此当超过一预定饱和电流时,横向沟道区(22)被夹断,并使电流限制在低于饱和电流的值上。

Description

半导体器件及其应用

本发明涉及一种半导体器件，它适合用于无源地限制电流，本发明还涉及它的应用。

为了对一个用电器(电装置)供给电流，该用电器将通过一个开关装置与一个电网的供电支路相连接。为了保护用电器免于过电流，尤其在短路的情况下，将使用低压开关技术中的开关装置，它具有保护供电支路的断路器，对于它通常采用一种熔断保险丝，及具有机械的功率开关，其开关时间明显大于一毫秒(1ms)。如果在一个供电支路中有多个用电器同时工作而这时仅有一个这样的用电器出现短路，这时与短路无关的用电器能不受干扰地继续工作及仅是涉及短路的用电器被关断，将是最有利的。为此目的，有必要紧接在每个用电器前面连接限流元件(限流器)，它总是在明显小于1ms的时间内并由此在为该供电支路所设置的断路器释放前，使电流从预期中的短路电流可靠地限制到一个规定的不严重的过电流值上。此外，该限流元件应无源地、无控制地工作，而且能承受在限流情况下形成的通常最大到700V，而有时最大能到1200V的电压。因为在元件中形成的功耗非常大，故特别有利的是，当附带承受电压时该无源限流器将附加自动地使电流减小到明显低于预定电流值的值上(自保护元件)。

在市场上唯一可得到的无源限流器是在论文“用于短路保护的聚乙烯电流控制器”(T.Hansson著，ABB技术4/92，第35-38页)中的产品名称为PROLIM的装置，它是基于在该装置中所使用材料的晶界与电流相关的电导率。但是在使用该装置频繁限流时，电流饱和值将发生变化，电流饱和值是电流被限制到的量值。

此外，通常仅采用有源限流器，它测量电流并当电流超过给定的最大电流值时通过有源控制来限制电流。由DE-A-4330459公知了这种基于半导体的有源限流器。它具有给定导电类型的第一半导体区，在它的彼此对立的表面上各设有一个电极。在第一半导体区中两电极之间设有相反导电类型并相互隔开的另外半导体区。在另外各半导体区之间分别构成第一半导体区的沟道区，它垂直于第一半导体区两个表面地定向(垂直沟道)。在两电极之间垂直流过的电流将通过该沟道区并由此受到限制。为了控制两电极之间的电流在第一半导体区中相反掺杂的半导体区上施加栅极电压，通过它控制沟道区的电阻。

本发明的目的在于，提供一种半导体器件，它用于当电流超过临界电流值时无源地限制电流。本发明还给出一种具有这样半导体器件的限流装置。

本发明的目的将通过权利要求1或权利要求3所述的特征来实现。

根据权利要求1的半导体器件包括：a)一个第一半导体区，它具有第一表面及设在该第一表面上的至少一个接触区；b)至少一个第二半导体区，它与第一半导体区构成一个p-n结；c)至少一个第三半导体区，它设在第一半导体区的第一表面上并与第一半导体区形成一个p-n结；d)一个第一电极，它不但与第一半导体区的至少一个接触区相接触而且也与第三半导体区在其不和第一半导体区交界的表面相接触；及e)一个第二电极，它与第一半导体区相接触；其中：f)第一半导体区至少具有一个位于该两电极之间电流路径中的沟道区，在两电极之间的预定饱和电流达到时，该沟道区被所述p-n结的耗尽区夹断，由此使电流限制在低于饱和电流的截止电流(限制电流)上。

根据权利要求3的半导体器件包括：a)一个第一半导体区，它具有第一表面及设在该第一表面上的至少一个接触区；b)至少一个第二半导体区，它与第一半导体区构成一个p-n结；c)一个第一电极，它在第一半导体区的每个接触区上分别构成一个欧姆接触，及在位于至少一个接触区外的第一半导体区的区域上构成一个肖特基接触；及e)一个第二电极，它与第一半导体区的第二表面相接触；其中：f)第一半导体区至少具有一个位于该两电极之间电流路径中的沟道区，该沟道区在两电极之间的预定饱和电流达到时，一方面被所述p-n结的耗尽区及另一方面被所述肖特基接触部分的耗尽区夹断，由此使电流限制在低于饱和电流的截止电流上。

根据权利要求1或权利要求3所述的这种半导体器件通过沟道区物理效应的有利组合自动地使电流、尤其是短路电流限制到一个可承受的电流值，即截止电流(限制电流)上。

该半导体器件的有利构型及进一步构型可从权利要求1或权利要求3的从属权利要求中得到。该半导体器件作为限流装置的有利应用可由从属权利要求19及20中得到。

在该半导体器件的一个特别有利且特别抗烧穿的实施形式中，第二半导体区设在第一半导体区内接触区的下方，并在所有方向上平行于第一半导体区的表面延伸到超过接触区。由于在第二半导体区中的电荷存储及由此产生的沟道区夹断的继续保持，即使在随后两电极上电压下降的情况下，该半导体器件也能够在一个给定截止时间(限制时间)上基本地保持作为可接受电流值的截止电流。

在第二半导体区中存储电荷的弛豫时间(电荷衰减时间)及由此在半导体器件的限流曲线中的限制时间将这样地调整实现，即通过第一电极及第二半导体区之间建立电耦合的方式实现。这个耦合的阻抗确定了衰减时间。尤其是，第一电极可直接地或通过一个在半导体器件上或与其分开的电耦合电路与第二半导体区的自由表面相接触。为了调节耦合阻抗，可在第二半导体区及接触区之间选择一个高欧姆的电阻，例如是一个连接在它们之间的导电多晶硅连接线。

该半导体器件的垂直结构及由此达到的特别耐电压的结构将这样地实现，即将第二电极设在第一半导体区与其第一表面背离的第二表面上。

最好第一半导体区的第一表面设有多个接触区，对它们配置了作为共用电极的第一电极。

也可在接触区下面设置连贯的第二半导体区，它在平行于第一半导体区第一表面的所有方向上延伸到超过整个接触区，并最好具有开口，通过它最好垂直地延伸出与所述沟道区电串联的第一半导体区中的另一沟道区。

但也可以在第一半导体区中每个接触区下分别设一个所属的第二半导体区，在它们之间延伸出第一半导体区的附加沟道区，它们在电流路径中分别与至少一个从属接触区的沟道区电串联。

每个接触区最好具有比第一半导体区其余区域更高的载流子浓度。

作为该半导体器件的半导体最好采用能带宽度至少为2eV的半导体，它以低本征载流子浓度(未掺杂载流子浓度)为特征，这又对电荷存储效应带来正面影响。

当采用碳化硅(SiC)作为该半导体器件半导体区的半导体材料时，电荷存储效应特别强，这因为SiC具有特别低的本征载流子浓度。SiC的另外优点是它的高抗烧穿性能、小功耗、高耐温性能、抗化学腐蚀性及高导热性能。最好SiC的同质多型为4H-、6H-及3C-同质多型。SiC的优选掺杂材料对于p掺杂为硼和铝而对于n掺杂为氮。但另外的半导体也适用，尤其是硅(Si)。

一种很适合第一电极的材料是镍(Ni)。另外的材料如多晶硅或金属，优选为钽(Ta)、钛(Ti)或钨(W)也同样适用。

一种直流限流器可这样地实现，即将该半导体器件的一个电极与电流源连接及将另一电极与用电器连接。

一种交流限流器能以有利方式通过将两个半导体器件反向串联在电流源与用电器之间来实现。第二半导体区中的电荷存储可阻止在交流电压极性改变时不断地重新接通电流。

以下将借助附图来描述本发明的实施例，附图中：

图1：具有横向沟道区的一种半导体器件的实施形式，该沟道区的下方以p-n结为界，其上方以肖特基接触区为界；

图2：具有横向沟道区的一种半导体器件，该沟道区以两个p-n结为界；

图3：具有横向及纵向沟道区的一种半导体器件的实施形式；

图4：具有蜂窝状结构的一种半导体器件的俯视图；

图5：具有在边缘上埋置的电接触半导体区的一种半导体器件；

图6：具有两个反向串联的半导体器件的交流限流器；

图7：图6所示交流限流器的测量曲线；及

图8：在一个供电支路中具有限流器的开关装置。

在图1及2中所示的半导体器件分别包括一个n导电型(电子导电)的第一半导体区2及一个p导电型(空穴导电)的第二半导体区3。第一半导体区2具有平面的表面20。第二半导体区3设在第一半导体区2内该表面20的下面(埋置)，并至少在其朝着第一半导体区2的表面20的侧面横向地延伸，即基本上平行于第一半导体区2的表面20。第二半导体区3最好通过将掺杂材料粒子的离子植入到第一半导体区2的表面20中产生。理想的掺杂分布将通过离子植入时借助离子能量的渗透深度并考虑可能使用的植入掩模加以调整。由此，尤其可得到第二半导体区3的深度，即该第二半导体区3与第一半导体区2的表面20的距离及第二半导体区3的垂直伸展高度D，即垂直于第一半导体区2的表面20测得的尺寸。该垂直伸展高度D尤其在0.1μm及1.0μm之间。在图示横截面中第二半导体区3平行于第一半导体区2的表面20的横向伸展长度用B表示，并通常选择在10μm及30μm之间。在第一半导体区2及相反掺杂的第二半导体区3之间构成一个p-n结，它的耗尽区(空间电荷区)用23表示并以虚线框出。p-n结的耗尽区23包围着整个第二半导体区3。在p区及n区中一个p-n结的耗尽区的伸展尺寸在此情况下公知地根据由掺杂浓度得到的载流子浓度的比例并根据泊松定律及电荷守恒原理以及p-n结上施加的电压(电位差)来确定。

在根据图1及图2的第一半导体区2的表面20上设有一个用于欧姆接触的接触区5。该接触区5最好被高掺杂并具有与第一半导体区2相同的导电类型，在图示实施例中用n⁺表示。在图示的横截面中接触区5的横向延伸长度用b表示，它在平行于第一半导体区2的表面20的所有方向上小于第二半导体区3的横向长度B。通常接触区的横向长度b在6μm及28μm之间。第二半导体区3及接触区5彼此这样相对设置，即在垂直于第一半导体区2的表面20的投影中，接触区5的投影完全位于第二半导体区3的投影之内。

在接触区5的自由表面50上设置由导电材料作的第一电极7。第一电极7也延伸在相邻的半导体表面上。

在根据图1的实施形式中，第一电极7在接触区5上形成欧姆接触，而在第一半导体区2的表面20上形成肖特基接触，后者的耗尽区(阻挡层)用70表示并用虚线示出。它例如可通过掺杂时接触区5及第一半导体区2的载流子浓度的适当调整来获得。第一半导体区2及接触区5分别由特别有利的半导体材料碳化硅(SiC)组成，其中尤其选择接触区5的掺杂浓度大于约1·10¹⁹cm^-3及第一半导体区2的掺杂浓度小于约2·10¹⁶cm^-3。最好对于第一电极7采用镍(Ni)作为其材料。

在根据图2的实施例中，相对地在第一半导体区2的表面20上设置第三半导体区4，它具有与第一半导体区2相反的导电类型，即在图示实施例中为p导电类型，并最好同样通过离子植入来产生。在第一半导体区2及第三半导体区4之间构成一个p-n结，其耗尽区用24表示并由虚线示出。第一电极7也延伸在第三半导体区4上，并不但在接触区5上而且在第三半导体区4上均构成一种欧姆接触。

在设置在第一半导体区2的第一表面20上由第一电极7构成的肖特基接触区(根据图1)或第三半导体区4(根据图2)与埋设的第二半导体区3之间，构成一个横向延伸在第一半导体区2中的半导体沟道区22。在接触区5不同侧上的沟道区22的横向长度L1及L2可相等也可不等。通常沟道长度L1及L2在1μm及5μm之间。沟道区22垂直的，即基本上垂直于表面20的尺寸通常在0.1μm及1μm之间选择。因为在沟道区22中延伸的耗尽区23及70(图1)和23及24(图2)是通过载流子的强耗尽形成的，其具有比第一半导体区2明显更高的电阻值，故基本上仅是沟道区22的内区域传导电流，该内区域的下面以耗尽区23为界，其上面以耗尽区70(图1)或24(图2)为界。沟道区22的传导电流的内部区域的垂直延伸高度用d表示。

在图2中，第三半导体区4相对第二半导体区3错开地设置，使得在对第一半导体区2的表面20的投影中，两半导体区3和4在一侧上沿沟道长度L1重叠，及在另一侧上沿沟道长度L2重叠。第三半导体区4在横向上包围着接触区5并与接触区5直接交界，因此对于横向延伸长度L1、L2、b及B有：L1+b+L2＝B。但接触区5也可与第三半导体区4横向上隔开。

在根据图1及图2的两个实施形式中，设有另一个仅在图2中示出的第二电极6，它是这样设置的，即使得沟道区22位于两个电极之间的电流路径中。第二电极例如可设在第一半导体区2的第一表面20上(横向结构)或设在与第一半导体区2的第一表面20相背离的第一半导体区2的另一表面21上(垂直结构)。

在第二电极6及第一电极7之间该半导体器件上施加正向工作电压。在根据图1及图2的实施例中，第一电极7与工作电源的阴极相连接，而第二电极6与其阳极相连接。在半导体区的导电类型改变时，工作电压的极性也相应改变。

该半导体器件在施加正向工作电压时的特性与在电极6和7之间流通经过该半导体器件的电流I相关。该电流I在两电极6和7之间沿由箭头表示的电流路径首先基本上横向地通过第一半导体区2中的沟道区22流动，然后在根据图2的实施例中继续垂直地通过第一半导体区2的主体区域。随着电极6和7之间正向压降的增大，电流强度I增大，以致第二半导体区3和图1中的肖特基接触部分或图2中的第三半导体区4相对第二电极6负电压偏置。升高的正向压降在第一半导体区2和第二半导体区3之间的p-n结处，以及在图1中肖特基接触部分处或图2中第三半导体区4处起着高截止电压的作用并由此导致耗尽区23和70或24的加大。这就引起了沟道区22的半导体区域横截面的减小及相应电阻值的增大。在达到一定的临界电流值(饱和电流)I_sat时，耗尽区23和70或24相接触及沟道区22完全被夹断。由于这时沟道区22中电阻显著地增大，电流趋于饱和并在电极6和7之间保持相同电压的情况下保持在饱和电流值I_sat上。该半导体器件的饱和电流I_sat将通过沟道区22的几何尺寸，尤其是其横向长度L1及L2和垂直高度d以及通过由掺杂确定的沟道区22的载流子浓度调节到理想的值上。

如果相反地，如在短路情况下，在电流I已达到饱和电流I_sat后，电极6和7之间的电压继续地升高，沟道区22中的电损耗将增大且沟道区22变热。随着沟道区22中内部温度的升高，在覆盖沟道区22的耗尽区23和70或24中残存的这些载流子的迁移率下降。沟道区22的电导率由此继续下降，其后果是，由于电极6和7之间产生的高正向压降，从耗尽区23和70或24迁移到沟道区22中的载流子被强烈地清除。由于该反馈效应该半导体器件亦限制了强烈增长的电流、如短路情况下将电流快速地限制在明显低于饱和电流I_sat的一个非临界电流(极限电流)值I_B上，该电流值I_B例如至多为该饱和电流I_sat的0.2倍(I_sat≥5I_B)，并当达到高截止电压时基本上相当于该半导体器件在理想正向电压时的截止电流，通常理想的正向电压在60V及1200V之间(例如700V)。

在第二半导体区3周围的空间电荷区23中，与该半导体的本征载流子浓度有关地保留存储了集聚的空间电荷。由于该电荷存储，即使当两电极6和7之间电压重新下降时第二半导体区3中的电位仍继续保持，及沟道区22保持关闭。因此，使用该半导体器件可实现使电流I快速、可靠地限制在截止电流I_B上。

用于该半导体器件的半导体区2、3及4的半导体是碳化硅(SiC)，由此可使电荷存储效应特别地强。用于SiC的掺杂材料对于p掺杂为硼和铝而对于n-掺杂是氮。

当在两电极6和7之间在截止方向上施加电压时，第一半导体区2、第二半导体区3及第三半导体区4的掺杂确定了该半导体器件的截止性能。

在半导体区3、4及5的所述离子植入后通常施行热愈方法，以便减少晶格缺陷。也可使用相应半导体层的外延生长及随后这些层的构型(例如台型结构)或尤其在硅的情况下通过扩散工艺来取代离子植入制造接触区5和第三半导体区4。

图3表示一种半导体器件，其中第一半导体区2由衬底27及设在其上的、外延生长的相同导电类型的半导体层26组合而成，后者通常具有比衬底27中低的载流子浓度。在半导体层26的表面20上彼此相隔地设有多个相同的、但最好比半导体层26掺杂高的接触区5，在图中仅表示出其中的两个。在接触区5下面各埋设一个与半导体层26相反掺杂的第二半导体区3或一个连贯第二半导体区3的一个部分区域。在接触区5之间各以横向距离并最好以相等距离a在半导体层26的表面20上设置与半导体层26相反掺杂的半导体区4。接触区5与第三半导体区4的横向距离通常在1μm及3μm之间。

半导体层26的自由表面20，接触区5及第三半导体区4被一个导电层、最好是由金属或多晶硅作成的第一电极7接触。

半导体区3及4基本上分别相对第一半导体区2的表面20横向地延伸。在沿垂直于表面20方向的投影中，每个半导体区4分别与两个半导体区3重叠及每个半导体区3分别与两个半导体区4重叠。由此如同图1中那样，也在半导体层26中，在每个第二半导体区3和每个第三半导体区4之间构成横向沟道长度为L1或L2的横向延伸沟道区22。埋置的第二半导体区3的横向延伸长度B为B＝b+2a+L1+L2。在衬底27背离半导体层26的、作为第一半导体区2的第二表面21上也设置有一个电极6。在电极6和电极7之间施加半导体器件的工作电压。埋设的各半导体区3彼此横向地隔开，最好具有相同距离A，或者在一个连贯的第二半导体区3中构成各具有横向延伸长度A的开口。由此在各第二半导体区3之间构成第一半导体区2的沟道区29，其横向延伸长度为A及垂直延伸高度为D并基本上垂直于表面20地延伸。每个沟道区29中的半导体区域以由半导体层26及第二半导体区3构成的p-n结(在图4中也示出)的未示出的耗尽区为界。垂直沟道区29的横向延伸长度A最好选得小些，以使得在两电极6及7之间可施加的最大截止电压至少在很大程度上等于最大总体截止电压，即在第二半导体区3的下侧上半导体区2和3之间的p-n结可承受的截止电压。它相应于在截止状态下等电位线的一种至少在很大程度上呈平面状的分布(减小了电压倒放大系数)。对于横向长度A的典型值在1μm及10μm之间。

在施加正向极性的工作电压时，在电极7及电极6之间沿图示箭头流过电流I，该电流首先通过横向沟道区22，然后在实际上垂直于表面20的方向上通过半导体层26中的垂直沟道区29并再基本垂直地通过半导体层26及衬底27流到第二电极6。

图4以去掉电极7对半导体表面的俯视图形式示出一种半导体器件的实施形式。在这种蜂窝状设计中设有多个至少近似方形的单元，每单元的组成为：一个n⁺⁺掺杂的且边长为b的方形的作为接触区5的源区，该源区被植入在作为第一半导体区2的n掺杂半导体层中；一个以距离a包围n⁺⁺-接触区5的p-掺杂第三半导体区4及一个在接触区5下面通过植入埋设的p掺杂第二半导体区3，后者用虚线表示。具有表面40的第三半导体区4最好被植入在第一半导体区2的整个表面20上，但具有表面50的接触区5的方形区及第一半导体区2表面20上包围接触区5的部分区域除外。在宽度为L1或L2的方形重叠区域中，在第三半导体区4的下面及第二半导体区3的上面又分别构成一个沟道区22。为了使埋设的第二半导体区3处于共同电位，这些第二半导体区3通过第一半导体区2中的交叉延伸的p-掺杂连接部分8及9彼此连接。在连接部分8及9和相邻的第二半导体区3之间以及第三半导体4的下面分别设有一个连贯的、宽度为A的菱形的、垂直于表面40或20延伸的第一半导体区2中的沟道区29。电流I从接触区5(也可称为源区)首先横向地(即水平地)通过横向沟道区22，接着近似垂直地通过相邻的垂直沟道区29。

对于由SiC作的半导体，通常选择以下的掺杂材料浓度：

对于第一半导体区2，尤其是半导体层26，在约2·10¹⁷cm^-3(对于约60V的截止电压)，大于约2·10¹⁶cm^-3(对于约700V的截止电压)至约6·10¹⁵cm^-3(对于约1200V的截止电压)之间的范围内；对于衬底27也明显大于10¹⁸cm^-3及对于第二半导体区3和第三半导体区4在约1·10¹⁸cm^-3及2·10¹⁹cm^-3之间，最好为5·10¹⁸cm^-3以及对于接触区5为超过约1·10¹⁹cm^-3。在一个未示出的以硅作为半导体材料的实施形式中其掺杂材料浓度通常将对于SiC所述的掺杂材料浓度除以约100(即小于两个数量级)。

该半导体器件的所有实施形式可用不同的拓朴结构来实现，它尤其可设计成具有一种蜂窝状结构或梳子状结构。

图5示出根据图3实施形式的进一步有利构型。半导体层26的边缘通过除去半导体材料，例如通过蚀刻工艺一直向下达到连贯的、埋设的第二半导体层3。在第二半导体区3的自由表面上设置一个触点60。该触点60通过电连接线61与第一电极7电连接。通过该电连接线61使第二半导体区3与第三半导体区4的表面20相连接。电连接线61可集成在该半导体器件上，或也可是外部接线，尤其是通过一个开关电路的接线。通过对这些电连接线61的电阻抗的选择可以调节在短路状态下第二半导体区3中存储的电荷的确定弛豫时间(电荷排出时间)。通常电连接线61具有比第一电极7高的电阻，并为此可包括一个高欧姆多晶硅导体区段。与露出的第二半导体区3连接的是与第二半导体区3相同导电类型的但通常载流子浓度比其低的平面边缘端部33，它用于减少表面场强。作为图5的变型，与埋设的第二半导体区3的接触也可在该半导体器件的内部区域中实现。

设有肖特基接触部分的实施形式及在第一半导体区2的表面20上设有第三半导体区4的附加p-n结的实施形式也可彼此结合，这时为了限制对第一电极的电渗透率，将肖特基接触部分及附加p-n结设在第一半导体区2的同一表面20上。

至今所述的半导体器件是单极性器件，它们适于以极佳的方式限制短路直流电流并能在此情况下自保护及无控制(无源)地工作。通过作为限流器的半导体器件的设计可调节到最佳饱和电流I_sat，它位于额定电流区域及常规的、还能承受的过电流区域的上方，并从该电流开始，该半导体器件在承受电压的情况下自动地使电流限制在低的截止电流I_B上。

在一个未示出的也适用于交流电压的限流器的实施形式中，将由根据图1至5中一个的第一半导体器件及用于反向电压的第一二极管组成的串联电路与由根据图1至5中一个的第二半导体器件及用于反向电压的第二二极管组成的串联电路反向地并联。这两个二极管可以是p-n结整流二极管或肖特基二极管，尤其是基于SiC的二极管。该交流限流器的特性曲线与二极管的阈值电压有关。

一个交流限流器的特别有利的实施形式表示在图6中。两个相同类型的、类似于图3中结构的半导体器件反向串联，以使两个半导体器件中的一个限制一个短路半波(电流极性)。为此，使两个半导体器件的第一电极7和7′通过电连接线15彼此相连接，并且两个第二电极6和6′分别与交流电压的一个极相连接。最外的第三半导体区4及4′被与半导体区26及26′相反掺杂的平边缘端部33包围以减小表面20及20′上的场强并起钝化作用。第二半导体区3和3′中的电荷存储效应将阻止在短路状态下下个交流电压周期期间的重复接通，以使得电流被限制在低截止电流I_B上。

在图7中表示出一个根据图6在SiC中构成的交流限流器的测量电流-电压特性曲线。该特性曲线表明该半导体器件作为限流器件的优异特性。在0V左右的额定电压区域以上的额定电流区域中，该交流限流器表示出具有很小正向电阻的欧姆特性并由此具有很小正向损耗。当在正向饱和电压+U_sat时达到饱和电流I_sat及在负向饱和电压-U_sat时达到饱和电流-I_sat的情况下，并且如在短路状态下电压U的值继续增大时，电流I将被限制在+I_B或-I_B上。

图8表示在一个供电网如一个建筑供电设施的相R及地电位MP之间用于一用电器12的一个供电支路17中的开关装置。该开关装置包括：一个电子限流器13，它尤其可根据图1至6中的一个构成；一个过压释放装置16，它检测限流器13的两个测量点13A及13B之间的电压降；及一个与负载12前面的限流器13在供电支路17中相串联的开关继电器14。在超过限流器13上的极限电压时，该开关继电器14将由过压释放装置16释放(打开)，以便在短路状态下使用电器12与电网(R)相互电位隔离。该开关继电器14在此情况下不需特别快也不需要在限流时通过电弧接触；因为电子限流器13将很快地在明显小于一毫秒的时间中限流。

Claims (20)

1.一种半导体器件，它包括：

a)一个第一半导体区(2)，它具有第一表面(20)及设在该第一表面(20)上的至少一个接触区(5)；

b)至少一个第二半导体区(3)，它与第一半导体区(2)构成一个p-n结；

c)至少一个第三半导体区(4)，它设在第一半导体区(2)的第一表面(20)上并与第一半导体区(2)形成一个p-n结；

d)一个第一电极(7)，它不但与第一半导体区(2)的接触区(5)相接触而且也与第三半导体区(4)在其不和第一半导体区(2)交界的表面(40)相接触；

e)一个第二电极(6)，它与第一半导体区(2)相接触；其中：

f)第一半导体区(2)至少具有一个位于该两电极(6、7)之间电流路径中的沟道区(22)，该沟道区在两电极(6、7)之间的预定饱和电流达到时被所述p-n结的耗尽区(23，24)夹断，由此使电流被限制在低于饱和电流的限制电流上。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中第三半导体区(4)包围着平行于第一半导体区(2)的第一表面(20)的接触区(5)。

3.一种半导体器件，尤其是根据权利要求1所述的半导体器件，其包括：

a)一个第一半导体区(2)，它具有第一表面(20)及设在该第一表面(20)上的至少一个接触区(5)；

b)至少一个第二半导体导区(3)，它与第一半导体区(2)构成一个p-n结；

c)一个第一电极(7)，它在第一半导体区(2)的每个接触区(5)上分别构成欧姆接触，及在位于至少一个接触区(5)外的第一半导体区(2)的区域上构成肖特基接触；及

e)一个第二电极(6)，它与第一半导体区(2)相接触；其中：

f)第一半导体区(2)至少具有一个位于该两电极(6、7)之间电流路径中的沟道区(22)，该沟道区在两电极(6、7)之间的预定饱和电流达到时，一方面被所述p-n结的耗尽区(23)及另一方面被所述肖特基接触部分的耗尽区(70)夹断，由此将电流限制在低于饱和电流的限制电流上。

4.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中第二半导体区(3)设在第一半导体区(2)内接触区(5)的下面，并在平行于第一半导体区(2)的第一表面(20)的所有方向上延伸超过接触区(5)。

5.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中第二电极(6)设在与第一半导体区(2)的第一表面(20)背离的第二表面(21)上。

6.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中，第一半导体区(2)在其第一表面(20)上具有多个接触区(5)。

7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中，在接触区(5)的下面设置一个连贯的第二半导体区(3)，它在平行于第一半导体区(2)的第一表面(20)的所有方向上延伸超过接触区(5)。

8.根据权利要求4或7所述的半导体器件，其中，在每个接触区(5)的下面在第一半导体区(2)中设置一个所述的第二半导体区(3)。

9.根据权利要求7所述的半导体器件，其中通过连贯的第二半导体区(3)中的开口分别延伸出第一半导体区(2)的一个沟道区(29)，它在电流路径中分别与至少一个配置给接触区(5)的沟道区(22)相串联。

10.根据权利要求8所述的半导体器件，其中在对接触区(5)设置的第二半导体区(3)之间延伸出第一半导体区(2)的附加沟道区(29)，它在电流路径中分别与一个配置给接触区(5)的沟道区(22)相串联。

11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中所述附加沟道区(29)基本上垂直于第一表面(20)地延伸。

12.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中半导体区(2，3，4)由能带宽度至少为2eV的一种半导体构成。

13.根据权利要求12所述的半导体器件，其中半导体区(2，3，4)由碳化硅构成。

14.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中第一电极(7)至少部分地由镍组成。

15.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中第一电极(7)这样地与每个第二半导体区(3)连接，即由此对于第二半导体区(3)中所存储的电荷得到一预定的弛豫时间。

16.根据权利要求15所述的半导体器件，其中第一电极(7)和/或第一电极(7)与每个第二半导体区(3)之间的电连接线(61)至少部分地由多晶硅组成。

17.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中第一半导体区(2)在每个接触区(5)中的载流子浓度比其余区域内的载流子浓度高。

18.根据上述任一项权利要求所述的半导体器件，其中饱和电流至少为限制电流值的五倍。

19.采用上述任一项权利要求所述的至少一个半导体器件用于一个限流器(13)，该限流器用于限制一个电流源(R)及一个用电器(12)之间的直流电流，其中该半导体器件的一个电极(7)与电流源(R)相连接，另一电极(6)与用电器相连接。

20.采用至少两个如权利要求1至18中任一项所述的半导体器件用于一个限流器(13)，该限流器用于限制一个电流源(R)及一个用电器(12)之间的交流电流，其中这两个半导体器件反向地串联在电流源(R)及用电器(12)之间。

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