[发明专利]半导体器件、温度传感器和制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本文所描述的实施方式涉及具有非晶半绝缘层的半导体器件、具有非晶半绝缘层的温度传感器和制造多个半导体器件的方法。

背景技术

快速开关高压电力装置，诸如IGBT（绝缘栅双极晶体管），用于为变速驱动器控制转换器中的电感负载。电感负载为例如电动马达。这些电力装置根据使用目的被设计为截止大约100V直到6.5kV。转换器包括由交替开启和关闭以产生具有所需频率的输出电压信号的电力装置形成的桥接电路。这也被称为脉冲宽度调制（PWM）。可在用于高压和高电流应用的模块中组合多个电力装置以及它们的续流二极管。

由于开关损耗和过载情况，电力装置可能在操作过程中产生热量。对于标准操作，产生的热量可由与电力装置热耦合的散热器消散。另一方面，通常需要温度检测来监测电力装置的温度，并确保该装置不会过热。因此需要温度传感器。

传统上，所谓的PTC或NTC电阻器已被集成到电力装置中。PTC电阻器（正温度系数电阻器）为具有随温度升高而增加的电阻的电阻器。与其不同的是NTC电阻器（负温度系数电阻器），其电阻随温度升高而减小。每种类型的电阻都由其特定的温度系数TC（其为衡量电阻随温度变化的程度）限定。电阻和温度之间的线性关系是理想的。

典型的PTC电阻器，往往也被称为冷导体，是金属。例如铂类温度传感器（Pt100）通常用于诸如熔炉的高温应用。这种传感器表现出良好的线性关系，但只有每°C约3.9‰的较小温度系数。其他材料为半导体多晶硅，诸如BaTiO₃，其在晶界上建立耗尽层。虽然这些材料具有比很多金属的温度系数高的温度系数，但是其线性度是令人满意的。

NTC电阻器例如为纯半导体材料，其载流子密度随温度升高而增大，这会导致在升高的温度下电阻降低。然而，半导体材料的电阻遵从指数温度依赖性。

测量温度的另一个选择是使用向前偏置的pn结，其电阻为温度依赖性的。PN结具有良好的线性度，但仅具有在每°C约-2mV的范围的有限温度分辨率。这通常太小，从而无法获得约5°C的温度分辨率，因为制造变化可能会导致单个温度传感器之间的偏差可能高于10mV。为了避免由通过其中的电流引起的温度传感器的寄生发热，应向pn结提供仅约1mA/mm²的小电流。这甚至会进一步降低温度系数。因此，需要单独的校准。因此，电力装置的更换或交换仅可以在相对于其温度传感器的温度特性经过仔细预选之后而发生。

发明内容

根据一个实施方式，提供了一种具有半导体基底的半导体器件。半导体器件包括半导体基底上的非晶半绝缘层。

根据一个实施方式，提供了一种具有非晶半绝缘层的温度传感器。

根据一个实施方式，提供了一种制造半导体器件的方法。该方法包括提供半导体基底，并且在半导体基底上形成非晶半绝缘层。

本领域的技术人员在阅读了以下详细描述并在查看附图之后会认识到其他特征和优点。

附图说明

图中的组件不一定按比例来绘制，而重点放在了说明本发明的原理上。此外，在图中，相似的附图标记表示相应的部件。在图中：

图1示出了根据一个实施方式的具有非晶半绝缘层作为温度传感元件的半导体器件。

图2示出了根据一个实施方式的具有非晶半绝缘层作为温度传感元件的半导体器件。

图3示出了根据一个实施方式的具有包括非晶半绝缘层的温度元件的半导体器件。

图4示出了根据一个实施方式的具有非晶半绝缘层作为温度传感元件的半导体器件。

图5示出了根据一个实施方式的具有DLC层作为温度传感元件的温度传感器的电流-电压特性。

图6示出了根据一个实施方式的电导率与具有DLC层作为温度传感元件的温度传感器的电场强度的依赖关系。

图7示出了根据一个实施方式的对于不同的电流密度的DLC层上的电压降的温度依赖性。

具体实施方式

在下面的详细说明中，参考附图，所述附图构成本发明的一部分，且在其中，通过可实现本发明的示例性具体实施方式的方式示出。在这方面，方向术语，诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“头”、“尾”等参考所描述的图的方向来使用。因为实施方式的组件可以位于许多不同的方向，方向术语用于说明目的，而不是限制性的。应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他实施方式，且可以进行结构或逻辑的变化。因此不应以限制的意义理解下面的详细描述，且本发明的范围由所附权利要求限定。所描述的实施方式使用特定的语言，这不应该被解释为限制所附权利要求的范围。