Application Manual Power Semiconductors - Deutsche ... - Semikron

2 Grundlagen
Bild 2.4.21 Schematischer Aufbau und Funktionsprinzip eines Superjunction-MOSFET (CoolMOS) [25]
Mittels mehrerer Epitaxieschritte oder einer Seitendiffusion aus Trench-Gräben werden in die
niedrig dotierte n - -Driftzone hochdotierte p-leitende Säulen eingebracht, die mit den p-Wannen
verbunden sind. Die Dotierung der Säulen ist so bemessen, dass die n-Dotierung der Driftzone
kompensiert wird, woraus eine sehr niedrige effektive Dotierung resultiert.
Im Sperrzustand entsteht ein nahezu rechteckiger Feldverlauf, bei dem – bezogen auf die Dicke
des n - -Gebietes – die höchste Spannung aufgenommen werden kann. Die Dotierung der Driftzone
kann nun soweit erhöht werden, wie es technologisch gelingt, sie durch gleich große Dotierung der
p-Säule zu kompensieren („Kompensationsprinzip“). Damit wird die Kopplung der Sperrspannung
an die Dotierungsdichte durchbrochen [17].
Im Ergebnis kann die Dicke des n - -Driftgebietes gegenüber konventionellen MOSFET drastisch
verringert und dessen Leitfähigkeit durch höhere Dotierung erhöht werden. Damit wächst der
Einschaltwiderstand R DS(on)
nicht mehr mit dem Exponenten 2,4...2,6, sondern fast linear mit der
Durchbruchspannung V (BR)DSS
; die Durchlassverluste hochsperrender Leistungs-MOSFET können
drastisch reduziert werden (auf 1/3 - 1/5). Entsprechend sinken – für gleiche Stromtragfähigkeit
– Chipfläche, Schaltverluste und Gatekapazität/Gateladung. Bild 2.4.22 fasst die Unterschiede in
Aufbau und Eigenschaften zwischen Standard- und Superjunction-Leistungs-MOSFET zusammen.
70