Optimierung der elektrischen Eigenschaften von lateralen ...

Kapitel 1
Einleitung
Die elektronische Grundfunktion von Halbleiter‐Leistungsbauteilen besteht in der
Wandlung elektrischer Energie einer gegebenen Form in eine für einen bestimmten
Verbraucher geeignete Form. Die Energiewandlung erfolgt durch ständiges Ein‐ und
Ausschalten von Leistungshalbleiterschaltern in einer speziell gewählten periodi‐
schen Pulsfolge. Ideale Leistungsschalter sollten schnell und ohne Verzögerung
schaltbar sein, damit man hohe Schaltfrequenzen bei möglichst geringen Schaltver‐
lusten realisieren kann. Außerdem sollten sie im eingeschalteten Zustand einen
möglichst kleinen elektrischen Widerstand aufweisen, im Sperrzustand dagegen eine
möglichst hohe Spannung und jeglichen Stromfluss vollständig unterbinden. Unter
den verschiedenartigen Leistungshalbleiterbauelementen bieten Leistungs‐MOSFETs
eine konkurrenzlos schnelle Schaltgeschwindigkeit. Dies liegt daran, dass beim
Leistungs‐MOSFET der Strom nur von Majoritätsträgern getragen wird. Die Schalt‐
zeiten von Leistungs‐MOSFETs können um zwei Größenordnungen kürzer sein als
bei Bipolartransistoren gleicher Leistung. Damit sind Leistungs‐MOSFETs für Fre‐
quenzen bis zu etwa 10 5 Hz geeignet. Weitere Vorteile von Leistungs‐MOSFETs ge‐
genüber Bipolartransistoren liegen in ihrer thermischen Stabilität und in der Tatsa‐
che, dass kein zweiter Durchbruch auftritt.
Eine der Herausforderungen des Leistungs‐Schalttransistors ist es, ein möglichst ho‐
hes Sperrvermögen unter Beibehaltung der guten Durchlasseigenschaften zu erzie‐
len. In Anbetracht der Tatsache, dass der Durchlasswiderstand von Si‐basierten
Leistung‐MOS‐Transistoren proportional zu einer Potenz zwischen 2,3 bis 2,7 der
maximalen Sperrspannung ist, finden konventionelle Leistungs‐MOSFETs einen
wirtschaftlichen Einsatz nur in der Spannungsklasse bis etwa 300 Volt; bei Sperr‐
spannungen größer als 300V verschlechtert sich der Durchlasswiderstand gegenüber