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82 Kapitel 4 Statisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren _________________________________________________________________________________________________________________ (a) (b) (c) (d) Abbildung 4.14: 3D‐Konturdiagramme des simulierten Durchbruchverhaltens des ungleichförmigen SJ‐LDMOS‐Transistors; (a) Potentialfeldvertei‐ lung (b) Elektrische Feldverteilung (c) Verlauf der Stoßionisations‐ rate in der Raumladungszone (d) Raumladungsdichte (Gestrichelte Linien bezeichnen die Abgrenzung der Raumladungszone).
Kapitel 4 Statisches Verhalten von SJ‐LDMOS‐Transistoren 83 _________________________________________________________________________________________________________________ 4.3 Sicherer Arbeitsbereich (Safe Operating Area) In Anbetracht eines vernünftigen Rechenaufwands gehen die bisher untersuchten Durchlass‐ und Sperreigenschaften von SJ‐MOSFETs von isothermen Bedingungen aus, d.h. die Innentemperatur der Bauelemente, also die Sperrschichttemperatur Tj, entspricht der konstanten Umgebungstemperatur Ta. Diese Annahme trifft in Wirk‐ lichkeit, insbesondere bei beträchtlicher Verlustleistung, nicht zu. Dort führt die in den Bauelementen umgesetzte Leistung durch thermisch‐elektrische Wechselwir‐ kung eine lokale Selbsterwärmung der Bauelemente und damit eine Erhöhung von Tj gegenüber Ta herbei. Die Erwärmungserscheinung kann man an den nichtisothermen Ausgangskennlinienfeldern bei hohem UGS entsprechend Abb. 4.15 beobachten. Die nichtisothermen Kennlinienfelder werden durch Erweiterung der Halbleitergrund‐ gleichungen um die Wärmeleitungsgleichung elektrothermisch simuliert, wobei das Substrat der Bauelemente direkt über einer Wärmesenke liegt, deren andere Ende auf konstanter Raumtemperatur (300 K) gehalten wird. Der thermische Oberflächenwiderstand zwischen der Substratoberfläche und der Wärmesenke, d.h. der reziproke Wert von λ (siehe Gl. (2.79)), nimmt dabei den Wert 0,2 cm 2 K/W an 4 . Wie ersichtlich ist, decken sich für UGS = 5 V die nichtisotherme Kennlinie und die isotherme Kennlinie, was eine noch sehr geringe Temperatureinwirkung impliziert. Bei UGS = 10 V hingegen wird eine Abweichung zwischen den beiden Kennlinien be‐ merkbar und weist darauf hin, dass sich die Wärme in den Bauelementen entwickelt. Dabei sinkt der Drainstrom als Folge einer temperaturbedingten Abnahme der Elektronenbeweglichkeit. Erhöht man bei dieser hohen Gatespannung UGS = 10 V die Drainspannung immer weiter, so kommt es bei ausreichend großem Leistungsum‐ satz in den Bauelementen zu einer thermischen Zerstörung der Bauelemente und damit zu einem abrupten Stromanstieg. (a) (b) Abbildung 4.15: Isotherme und nichtisotherme Ausgangskennlinienfelder im Ver‐ gleich; (a) Gleichförmige SJ (b) Ungleichförmige SJ. 4 Die thermischen Oberflächenwiderstände 1/λ liegen typischerweise zwischen 0,1 und 1,0 KW ‐1 cm 2 .
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Lehrstuhl für Technische Elektroph
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Danksagung Die vorliegende Arbeit e
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4 STATISCHES VERHALTEN VON SJ‐LDM
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2 Kapitel 1 Einleitung ____________
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4 Kapitel 1 Einleitung ____________
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6 Kapitel 2 Grundlagen der numerisc
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Seite 38 und 39: 30 Kapitel 3 Laterale Superjunction
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Kapitel 6 Zusammenfassung In der vo
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Anhang A Quantitative Abschätzung
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161 Anhang A Quantitative Abschätz
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Anhang B Drainstrom im Quasisättig
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Anhang C Zylindrischer Durchbruch I
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