Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

76 Kapitel 4 Statisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren
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Demnach steigt IF zunächst exponentiell mit UF an. Mit wachsender Temperatur
nimmt der Diodenstrom im unteren Strombereich zu. Wie Gl. (4.18) andeutet, erklärt
sich das Temperaturverhalten der Rückwärtsdiode bei geringen Strömen durch den
rascheren Anstieg der intrinsischen Ladungsdichte ni mit der Temperatur (nach Gl.
(2.9) gilt ni ~ T 3/2 exp(-Eg(T)/2kT)) im Vergleich zur Temperaturspannung UT ( UT ~ T).
Aus Abb. 4.9 ist darüber hinaus ersichtlich, dass bei konstantem und kleinem Strom
eine Erhöhung der Temperatur zu einer Abnahme der Durchlassspannung führt;
dieser Temperaturgang der Durchlassspannung wird verbreitet zur Messung des
Wärmewiderstandes von Leistungsbauelementen verwendet.
Bei sehr großen Strömen wird der Verlauf der Diodenkennlinie allerdings durch den
Bahnwiderstand verflacht, so dass Gl. (4.18) ihre Gültigkeit verliert. Der Bahnwider‐
stand setzt sich aus den Ohmschen Widerständen des elektrisch neutralen p‐ und n‐
Gebiets außerhalb der Raumladungszone zusammen. Er steigt mit wachsender an‐
liegender Spannung an, da ein immer größerer Anteil der anliegenden Spannung
über den Bahngebieten abfällt, während die übrige Spannung am pn‐Übergang
wirksam ist. Auch im Hochstrombereich treten Rekombinationsvorgänge in den
hochdotierten Randgebieten deutlicher hervor [Bal96] und tragen somit zu weiteren
Abweichungen der Kennlinie vom exponentiellen Verlauf bei.
4.2 Sperrverhalten
4.2.1 Durchbruchkennlinie
Das Sperrverhalten ist durch die Drain‐Source‐Durchbruchspannung U(BR)DSS bei
kurzgeschlossenen Gate‐Source‐Anschlüssen UGS = 0 gekennzeichnet. Entsprechend
den Durchbruchkennlinien nach Abb. 4.10 steigt der Drainstrom beim Überschreiten
von U(BR)DSS steil an; es tritt also ein Lawinendurchbruch zwischen Drain und Source
auf. Ein Vergleich der Durchbruchkennlinien der gleichförmigen und ungleichför‐
migen SJ zeigt keine signifikanten Unterschiede. Das Bauelement mit gleichförmiger
SJ‐Auslegung bricht bei der Sperrspannung U(BR)DSS ≈ 640 V durch, während die
Durchbruchspannung des ungleichförmigen Bauelementes etwa U(BR)DSS ≈ 632 V be‐
trägt. Die Spannungsfestigkeit beider SJ‐Strukturen im Durchbruch ist also ver‐
gleichbar.
Grundsätzlich nimmt die Durchbruchspannung quasi‐linear mit der Temperatur zu.
Die Temperaturabhängigkeit von U(BR)DSS entsteht dadurch, dass die Amplitude der
Gitterschwingungen mit der Temperatur wächst. Deswegen nimmt die Stoßionisie‐
rungswahrscheinlichkeit ab, und die Durchbruchspannung steigt mit der Tempera‐
tur des Bauelements an, das bedeutet, der Temperaturkoeffizient der Durchbruch‐
spannung ist positiv. In Abb. 4.11 ist die Durchbruchspannung der beiden SJ‐Bau‐
elemente gegen die Temperatur aufgetragen. Der Einfachheit halber ist der Avalan‐