Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
2.4.3.1 Statisches Verhalten
Bild 2.4.17 zeigt qualitativ das Ausgangskennlinienfeld eines Leistungs-MOSFET mit strukturbedingter
Rückwärtsleitfähigkeit („Inversdiode“) und dessen Übertragungskennlinie.
I D
Ohmic Region
Active Region
Avalanche-Breakdown
R DS(on) =
V F0
I V D
DS
I D
I D
g
fs
= V
@V DS
GS
V GS(th) V GS
V GS
V F (-V DS)
V
Forward Blocking
Characteristic
GS
< V
GS(th)
V DS
V (BR)DSS
b)
a)
I F (-I D)
Bild 2.4.17 a) Ausgangskennlinienfeld eines Leistungs-MOSFET (n-Kanal-Anreicherungstyp)
b) Übertragungskennlinie I D
= f(V GS
)
Die stationären Schaltzustände sind:
Vorwärtssperrzustand und Avalanchedurchbruch
Bei positiver Drain-Source-Spannung V DS
und einer Gate-Source-Spannung V GS
unterhalb der
Gate-Source-Schwellenspannung V GS(th)
fließt nur ein sehr kleiner Reststrom I DSS
zwischen Drainund
Sourceanschluss. Mit wachsender V DS
steigt I DSS
zunächst leicht an. Oberhalb einer spezifizierten,
höchstzulässigen Drain-Source-Spannung V DSS
erfolgt ein Avalanchedurchbruch des
pin-Übergangs p + -Wanne/n - -Driftzone/n + -Epitaxieschicht (Durchbruchspannung V (BR)DSS
). V (BR)DSS
entspricht physikalisch etwa der Durchbruchspannung V CER
des parasitären npn-Bipolartransistors
in der MOSFET-Struktur, gebildet durch die Schichtenfolge: n + -Sourcezone (Emitter)/p + -Wanne
(Basis)/n - -Driftzone/n + -Epitaxieschicht-Drainzone (Kollektor).
Der im Avalanchedurchbruch der Kollektor-Basis-Diode entstehende Multiplikationsstrom kann
über das Einschalten des Bipolartransistors zur Zerstörung des MOSFET führen. Basis- und Emitterzone
sind jedoch über die Sourcemetallisierung nahezu kurzgeschlossen; zwischen beiden Zonen
liegt lediglich der laterale Widerstand der p + -Wanne. Durch verschiedene Designmaßnahmen,
wie kleine MOSFET-Zellen, homogenes Zellenfeld, niederohmige p + -Wannen, optimierte Randstrukturen
und sehr homogene Technologieprozesse kann bei modernen MOSFET ein sehr kleiner
Durchbruchstrom je Zelle realisiert werden, der unter genau spezifizierten Bedingungen noch
nicht zum Einschalten der Bipolartransistorstruktur führt. Für diese „avalanchefesten“ MOSFET-
Chips wird in den Datenblättern eine zulässige Avalancheenergie E A
für Einzelimpulse bzw. für
periodische Belastung (begrenzt durch höchstzulässige Chiptemperatur) spezifiziert.
Da in Leistungsmodulen mit mehreren parallel geschalteten MOSFET-Chips keine absolute Symmetrie
garantiert werden kann, ist stets nur die Nutzung des für einen Einzelchip garantierten E A
-
Höchstwertes zulässig.
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