Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...
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Kapitel 4 Statisches Verhalten <strong>von</strong> SJ‐LDMOS‐Transistoren 65<br />
_________________________________________________________________________________________________________________<br />
Den Betriebzustand des Lateraltransistors im Quasisättigungsbereich kann man<br />
auch <strong>von</strong> einer LDMOS‐Struktur ableiten, wie es in Abb. 4.2(b) schematisch<br />
dargestellt wurde. Beim Eintreten des Quasisättigungszustandes existiert die<br />
Inversionsschicht an jedem Punkt entlang des Kanals, wobei die Ausdehnung <strong>der</strong><br />
Raumladungszone in <strong>der</strong> Driftstrecke vom drainseitigen Kanalende ausgeht. Der<br />
Rücklauf des Randes <strong>der</strong> Raumladungszone in <strong>der</strong> Driftstrecke zum drainseitigen<br />
Kanalende resultiert aus einer raschen Erweiterung <strong>der</strong> Inversionsschicht in die<br />
Raumladungszone <strong>der</strong> Driftstrecke, wie es folgen<strong>der</strong>maßen geschil<strong>der</strong>t wird: Für<br />
sehr starke anliegende Gatespannungen erweitert sich die Inversionsschicht bereits<br />
bei relativ kleinem UDS über die gesamte Raumladungszone in <strong>der</strong> Driftstrecke, bevor<br />
die Geschwindigkeitssättigung <strong>der</strong> Ladungsträger im Kanal auftritt. Zwischen dem<br />
drainseitigen Kanalende und dem Rand <strong>der</strong> Raumladungszone im Driftgebiet an <strong>der</strong><br />
Oberfläche kommt nun über die erweiterte Inversionsschicht eine elektrische<br />
Verbindung zustande. Über dieser Verbindung kann kein Spannungsabfall erfolgen;<br />
es verschwindet die Ausdehnung <strong>der</strong> Raumladungszone in <strong>der</strong> Driftstrecke daher<br />
am drainseitigen Kanalende. Die noch weiter angehobene Drainspannung UDS fällt<br />
fast ausschließlich im Driftgebiet ab und die Elektronen werden durch die Driftzone<br />
in Richtung Drain hin beschleunigt bis zum Eintritt <strong>der</strong> Geschwindigkeitssättigung<br />
in <strong>der</strong> Driftzone. Dadurch, dass nun Source und Drain miteinan<strong>der</strong> über die<br />
Inversionsschicht verbunden sind, wächst ID trotz <strong>der</strong> Geschwindigkeitssättigung<br />
mit steigen<strong>der</strong> Drainspannung UDS einigermaßen. Die Source injiziert Elektronen in<br />
die Driftzone, die zum Drainanschluss hin fließen.<br />
4.1.2 Durchlasswi<strong>der</strong>stand<br />
Für die Stromtragfähigkeit des Leistungstransistors ist <strong>der</strong> flächenspezifische<br />
Durchlasswi<strong>der</strong>stand RDS(on) ⋅A charakteristisch. Er ist definiert zu:<br />
R<br />
DS ( on)<br />
⋅ A =<br />
( R + R )<br />
K<br />
DS<br />
⎛ ∂U<br />
⋅ A = A⋅<br />
lim ⎜<br />
⎞<br />
⎟<br />
A⋅<br />
L<br />
DS<br />
D<br />
U DS →0⎜<br />
I ⎟<br />
⎝ ∂ D ⎠ b ⋅ d ⋅ q ⋅ µ ⋅<br />
U<br />
0<br />
GS<br />
=<br />
N<br />
D<br />
(4.8)<br />
mit A = L⋅b als aktiver Chipfläche. Ungeachtet externer Wi<strong>der</strong>stände 2 setzt sich <strong>der</strong><br />
Durchlasswi<strong>der</strong>stand RDS(on) eines LDMOS‐Transistors hauptsächlich aus dem<br />
Kanalwi<strong>der</strong>stand RK und dem Wi<strong>der</strong>stand <strong>der</strong> Drain‐Source‐Strecke RDS (Driftzo‐<br />
nenwi<strong>der</strong>stand) zusammen, jedoch dominiert für hochsperrende Transistoren<br />
(U(BR)DSS > 100 V) wie die SJ‐Bauelemente <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>stand <strong>der</strong> Drain‐Source‐Strecke<br />
(Driftzone), zumal die Driftzone <strong>der</strong> typischen Hochvolttransistoren relativ schwach<br />
dotiert und lang ausgelegt ist, um eine hohe Sperrspannung aufzunehmen. Der obige<br />
Ausdruck für RDS(on) ist deshalb identisch mit dem Kehrwert <strong>der</strong> Steigung <strong>der</strong> Aus‐<br />
2 Beiträge aus den externen Wi<strong>der</strong>ständen, wie z.B. Anschlüssen, Metallisierung, Bonddrähten und<br />
Lot, zum Durchlasswi<strong>der</strong>stand sind normalerweise in Hochvolttransistoren vernachlässigbar<br />
[Skv02].