Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

124 Kapitel 5 Dynamisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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mittlere Verlustleistung P entspricht in guter Näherung dem Produkt aus der Schalt‐
frequenz f und der Fläche unter der Verlustleistungskurve beim Ein‐ bzw. Ausschal‐
ten. Abb. 5.8 bis Abb. 5.11 veranschaulichen für drei Kompensationsbedingungen die
simulierten zeitlichen Verläufe von Spannungen, Strömen und Verlustleistungen am
SJ‐LDMOS im induktiven Schaltbetrieb mit Freilaufdiode. In Tabelle 5.1 werden die
Gesamtschaltzeiten und die Schaltverlustleistungen bei f = 10 5 Hz der gleichförmigen
SJ mit der ungleichförmigen SJ verglichen.
Daraus resultiert, dass die ungleichförmige SJ im Prinzip schneller ein‐ und ausge‐
schaltet werden kann als die gleichförmige SJ. Die Verlustleistung der gleichförmi‐
gen SJ ist beim Einschalten kleiner als beim Abschalten, für die ungleichförmige SJ;
allerdings trifft diese Feststellung nur bei ∆NA = −10% zu. Es bedarf auf Grund
kleinerer Einschaltverzögerungszeit für beide Entwurfsvarianten einer längeren Zeit
zum Ausschalten als zum Einschalten. Mit der Stärke des Kompensationsgrades er‐
höht sich die Schaltgeschwindigkeit. Dies erklärt sich physikalisch dadurch, dass bei
zunehmender Akzeptorkonzentration NA die p‐Säulen niederohmiger werden und
dadurch den Löchern leitfähigere Strompfade bieten. Der Ausdruck für den spezifi‐
schen Widerstand der Säulen ρs ist unter der Annahme vollständiger Ionisation der
Akzeptoren gegeben durch
1 1
ρs
= ≈
q⋅ p⋅µ q⋅N ⋅µ
p A p
(5.24)
Dementsprechend besitzt die ungleichförmige SJ aufgrund ihrer höheren optimalen
Säulendotierung kürzere Schaltzeit als die gleichförmige SJ. Aus Gl. (5.24) kann man
dennoch ersehen, dass der spezifische Säulenwiderstand ρs auch von der Löcherbe‐
weglichkeit abhängt, die wiederum von der Löcherdichte gemäß Gl. (2.24) abhängt.
Mit steigender Säulendotierung werden die Löcher immer mehr gegenseitig
behindert, und die Abnahme von ρs über NA verläuft flacher, wie in Abb. 5.12 zu
sehen ist. Entsprechend nimmt die Schaltgeschwindigkeit immer weniger mit der
Stärke des Kompensationsgrades ∆NA zu. Bei sehr hoher Akzeptorkonzentration
kann man also die Wirkung der Akzeptoratome auf die Löcherbeweglichkeit und auf
den daraus resultierenden spezifischen Säulenwiderstand nicht vernachlässigen.
Allerdings wird die Einschaltzeit der ungleichförmigen SJ durch Anhebung des
Kompensationsgrades von ∆NA = 0% auf ∆NA = +10% nur geringfügig verkürzt, wie
aus dem Zeitverlauf beim Einschalten der ungleichförmigen SJ zu erkennen ist.