Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Bild 2.4.13 Prinzipieller Aufbau, Ladungsträgerverteilung im Durchlasszustand und trade off zwischen
Durchlassspannung V CE(sat)
und Ausschaltverlusten E off
von konventionellem Mitsubishi Trench-
IGBT und CSTBT [21]
Inzwischen hat Mitsubishi das CSTBT-Konzept auch auf die NPT-Technologie übertragen, um statt
des Epitaxiematerials preiswertere Dünnwafer aus homogenem n-Material einsetzen zu können.
Plugged Cells
Indem einzelne Trench-Zellen nicht kontaktiert werden, sondern das Poly-Silizium des Gatebereiches
mit der Emittermetallisierung kurzgeschlossen wird (plugged cells: verstöpselte Zellen),
lassen sich IGBT-Eigenschaften weiter verbessern. Die Erhöhung der Zellabstände und Verkleinerung
der p-Gebiete bewirkt eine Anhebung der Ladungsträgerkonzentration an der Emitterseite,
die sich auf die Durchlassspannung stärker auswirkt, als der durch diese Maßnahme erhöhte
Spannungsabfall über dem Kanalgebiet [22]. Ein weiterer Vorteil der plugged cells besteht in der
Reduktion des Kollektorstroms im Kurzschlussfall gegenüber konventionellen Trench-IGBT.
RC-IGBT
Unter der Bezeichnung Reverse Conducting IGBT (RC-IGBT) werden von verschiedenen Herstellern
rückwärts leitende IGBT-Chips entwickelt, die im IGBT- und Diodenmodus mit gleicher
Stromdichte belastet werden können. Ziel ist die Einsparung der antiparallelen (im Modul hybrid
verschalteten) Freilaufdiodenchips mit folgenden Vorteilen:
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Leistungserhöhung pro Modulfläche
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Erhöhung der Überlastbarkeit (Stoßstromfestigkeit)
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Verbesserung des Parallelschaltvermögens
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Vergrößerung des Verhältnisses R th(j-c)
Diode/IGBT
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Reduzierung des Temperaturripples je Chip
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Erhöhung der Freiheitsgrade für optimales thermisches Moduldesign
Bild 2.4.14 zeigt die prinzipielle Struktur eines RC-IGBT mit SPT-Konzept von ABB. In die Grundstruktur
des IGBT sind n - -Shorts in die p + -Kollektorzone eingefügt. Damit kann die Rückwärtsleitfähigkeit
des strukturinternen MOSFET für die Inversdiodenfunktion genutzt werden.
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