Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Die Höhe der Rekombinationszentrenspitze kann über die Dosis der He ++ -Implantation eingestellt
werden: Je höher die Spitze, umso kleiner die Rückstromspitze. Der Hauptanteil der Speicherladung
der CAL-Diode tritt im Tailstrom auf. Der Tailstrom selbst lässt sich durch die Basisdichte
der Rekombinationszentren steuern. Ein Absenken der Grundlebensdauer verkürzt die Zeit des
Tailstromes aber zu Lasten der Durchlassspannung der Diode. Mit den beiden Parametern Grundlebensdauer
und Dosis der He ++ -Implantation lässt sich das Recovery-Verhalten somit über weite
Bereiche steuern. Es wird erreicht, dass die Diode unter allen Bedingungen, insbesondere auch
bei kleinen Strömen, Soft-Recovery-Verhalten aufweist. Die so hergestellten CAL-Dioden haben
eine hohe dynamische Robustheit. Unter Laborbedingungen wurden auf 1200 V und 1700 V dimensionierte
CAL-Dioden mit Steilheiten bis zu 15 kA/cm²µs getestet, ohne dass die Zerstörung
einer Diode erreicht wurde.
Bei der CAL-Diode kann die Basisweite w B
vergleichsweise niedrig gewählt werden in Richtung
auf die in Kap. 2.3.2.2 beschriebene PT-Dimensionierung. Dadurch wird eine niedrige Durchlassspannung
bzw. ein besserer Kompromiss zwischen Schalteigenschaften und Durchlassspannung
erreicht. Insbesondere geht w B
auch in das Einschalten der Diode ein. Die Einschaltüberspannung
V FR
wächst mit zunehmendem w B
. Bei 1700 V-CAL-Dioden konnte gezeigt werden, dass V FR
gegenüber
einer konventionellen Diode mehr als halbiert wird [7].
Hochsperrende Freilaufdioden für IGCT sowie die Beschaltungsdioden [8] werden nach dem CAL-
Konzept hergestellt, weil die dynamische Robustheit eine der wichtigsten Anforderungen ist. Die
nun mögliche Optimierung in Richtung der PT-Dimensionierung hat eine höhere Festigkeit gegen
Höhenstrahlung zur Folge. Mit derselben Maßnahme ist ein günstiger Trade-Off zwischen Durchlassspannung
und Schalteigenschaften der Diode einstellbar. Bei Beschaltungsdioden wird damit
die niedrigste Einschaltüberspannung V FR
erreicht. Im Vergleich zur bisher eingesetzten Diffusion
von Gold ergibt sich außerdem ein niedrigerer Sperrstrom.
Emitter-Konzept
Bei der üblichen pin-Diode ist die Überschwemmung am pn - -Übergang stärker als am n - -n + -Übergang
(Bild 2.3.11). Das Emitter-Konzept besteht darin, diese Verteilung zu invertieren: Am n - -n + -
Übergang ist die Überschwemmung höher als am pn - -Übergang. Dies geschieht durch Herabsetzung
der Injektion am p-Emitter.
p+ p+
p
Schottky-
Barrier
n - +
n - +
n
n
a)
b)
Bild 2.3.4 p-Emitter zur Verbesserung des Soft-Recovery-Verhaltens:
a) Emitterstrukturen, z.B. die Merged pin/Schottky-Diode
b) durchgehende reduzierte p-Dotierung
Es wurde eine Reihe Emitterstrukturen vorgeschlagen, deren Funktion zusammenfassend auf
diese Wirkung hinausläuft. Ein Beispiel ist die „Merged pin/Schottky-Diode”, die aus einer Folge
von p + -Zonen und Schottky-Regionen besteht [9] (Bild 2.3.4a). Es gibt weitere ähnliche Strukturen,
darunter auch Strukturen eindiffundierter p- und n-Zonen.
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