Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...
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Kapitel 5 Dynamisches Verhalten <strong>von</strong> SJ‐LDMOS‐Transistoren 155<br />
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Zum Bestätigen dieser Aussage wird das UIS‐Verhalten bei<strong>der</strong> SJ‐Strukturen bei<br />
zunehmendem Avalanchestrom in Abb. 5.32 verglichen. Bei kleinerem Strom werden<br />
die Schwingungen mit <strong>der</strong> Zeit gedämpft, bei hinreichend großem Strom hingegen<br />
so fortdauernd verstärkt, dass man auf eine baldige Zerstörung des Transistors<br />
aufgrund thermischer Überlast schließen muss. Ersichtlich ist abermals, dass die<br />
gleichförmige SJ früher in den zweiten Durchbruch eintritt als die ungleichförmige<br />
SJ. Zu erkennen sind auch Oszillationen <strong>der</strong> Drain‐Source‐Spannung während des<br />
Abschaltens. Das Schwingungsverhalten des Bauelements ist dem TRAPATT<br />
(Akronym für Trapped Plasma Avalanche Triggered Transit)‐Vorgang analog [PCW67],<br />
in dem das Anlegen einer Impulsspannung mit ausreichen<strong>der</strong> Steilheit dU/dt an<br />
einen pn‐Übergang ein Elektronen‐Löcher‐Plasma erzeugt, das wie<strong>der</strong>um durch das<br />
niedrige elektrische Feld eingefangen wird.<br />
Die TRAPATT‐Schwingung <strong>der</strong> Superjunction‐Bauelemente stellt sich wie folgt ein<br />
[Sch05]: Nach dem induktiven Abschalten erzwingt die Induktivität L das<br />
Weiterfließen des Stroms durch das Bauelement. Zuerst fließt <strong>der</strong> Strom als ein Ver‐<br />
schiebungsstrom, welcher die Drain‐Source‐Spannung bis zur Durchbruchspannung<br />
anhebt. Wird die Durchbruchspannung überschritten, kommt es zur Generation <strong>von</strong><br />
Elektron‐Loch‐Paaren am Ort maximaler Feldstärke. Die Spannung und damit auch<br />
das elektrische Feld sowie die Generationsrate steigen aber solange weiter an, bis<br />
eine ausreichende Anzahl <strong>von</strong> Ladungsträgern generiert wurde, um den <strong>von</strong> <strong>der</strong><br />
Induktivität erzwungenen Stromfluss aufrecht zu erhalten. Durch die Ladung <strong>der</strong><br />
zusätzlich generierten Elektronen und Löcher bricht das elektrische Feld zusammen.<br />
Das Absinken <strong>der</strong> <strong>elektrischen</strong> Feldstärke erfolgt dabei so erheblich, dass zunächst<br />
ein Plasma in <strong>der</strong> Driftzone zurückbleibt. Elektronen und Löcher werden dann durch<br />
das verbleibende niedrige elektrische Feld aus <strong>der</strong> Driftzone herausgezogen,<br />
dadurch steigt zunächst <strong>der</strong> Avalanchestrom bei gleich hoher Spannung an. Erst<br />
wenn die Ladungsträger an <strong>der</strong> Grenze <strong>der</strong> Raumladungszone eintreffen, nimmt die<br />
Spannung ab und damit auch die Generationsrate am Durchbruchsort. Dabei fließt<br />
trotz geringer Spannung ein hoher Strom. Sobald das Plasma abgesaugt wurde, sinkt<br />
<strong>der</strong> Strom, die Spannung hingegen steigt wie<strong>der</strong> auf den maximalen Wert, und so<br />
setzt <strong>der</strong> TRAPATT‐Vorgang erneut ein. Unter ungünstigen Umständen können aber<br />
die am Durchbruchsort erzeugten Ladungsträger auf ihrem Weg zu den Kontakten<br />
einen sekundären Stoßionisationsprozess einleiten, insbeson<strong>der</strong>e wenn sie durch ein<br />
Gebiet mit hoher Feldstärke laufen. In diesem Fall verstärkt sich die TRAPATT‐<br />
Schwingung, bis es letztendlich zu einer Zerstörung des Bauelements kommt. Zur<br />
Dämpfung <strong>von</strong> TRAPATT‐Oszillationen sollte deswegen die Avalanchegeneration<br />
auf ein schmales Gebiet begrenzt werden.