Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Ausschaltgeschwindigkeit -di D
/dt des Leistungs-MOSFET.
Auch für Leistungs-MOSFET gilt, dass je weiter der Einsatzfall des Transistors vom hier betrachteten
„idealen“ Fall „Hartschalter“ abweicht, sich die Treppenform des Gate-Source-Spannungsverlaufs
zunehmend „verwischt“. Die beim harten Schalten durch das Verhalten der Freilaufdiode
„entkoppelten“ Intervalle gehen dann stärker ineinander über und die Beschreibung des Schaltverhaltens
wird komplexer.
2.4.3.3 Aktuelle Ausführungen und neue Entwicklungsrichtungen
In der Leistungselektronik kommt hauptsächlich die bereits in Bild 2.4.3 schematisch dargestellte
Vertikalstruktur zum Einsatz, bei der sich Gate- und Sourceanschlüsse auf der Chipoberfläche
befinden, während die Chipunterseite den Drainanschluss trägt. Der Laststrom fließt außerhalb
des Kanals senkrecht durch den Chip. Die seit Anfang der 80er Jahre angewandte Ausführung
VDMOSFET (Vertikaler Doppelt Diffundierter MOSFET) wird auch heute noch angewandt und laufend
verbessert, z.B. in Richtung kleinerer Zellabmessungen. Abhängig vom Anwendungsschwerpunkt
„niedrige“ oder „hohe“ Drain-Source-Spannung erfolgten die wesentlichen Innovationen bei
Leistungs-MOSFET jedoch in 2 Richtungen mit deutlichen strukturellen Unterschieden.
Trench-Gate MOSFET
Bild 2.4.20 verdeutlicht an einem Beispiel die Weiterentwicklung zum Trench-MOSFET, der etwa
1997 eingeführt wurde.
Source Source
Gate Gate
Source Source
Gate Gate
n+
PP-well
n+
P-well
n+
n+
P -well
P -well
N-epi
Drift
Region Region
N-epi
Drift
Region
N+ Substrate
N+ Substrate
Bild 2.4.20 a) konventioneller VDMOSFET; b) MOSFET mit Trench-Gate (Trench-MOSFET) [27]
Analog zur Entwicklung beim Trench-IGBT sind hier die isolierten Gateplatten und damit das Kanalgebiet
senkrecht angeordnet, die durch die Elektronen im n-Gebiet zu überwindende Strecke
wird kürzer. Vor allem im unteren Spannungsbereich ist so gegenüber der konventionellen Struktur
eine deutliche Verringerung des R DS(on)
möglich.
Superjunction MOSFET
Der schon zu Beginn dieses Kapitels erwähnte „Durchbruch“ bei der Senkung des R DS(on)
wurde
1999 durch Infineon mit der Entwicklung des CoolMOS als ersten „Superjunction“ Leistungs-
MOSFET eingeleitet.
Das in Superjunction-Bauelementen angewandte Kompensationsprinzip wurde für MOSFET mit
Sperrspannungen zwischen 500 V und 1000 V entwickelt. Bild 2.4.21 verdeutlicht Aufbau und
Funktionsprinzip am Beispiel CoolMOS.
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