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Anodengeshorteter IGBT mit kommutierungsfester Rueckwaertsanode

IP.com Disclosure Number: IPCOM000010536D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 1 (2003-01-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Jan-25
Document File: 3 page(s) / 87K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Durch rueckseitig eingebrachte Anodenshorts kann das Schaltverhalten herkoemmlicher NPT-IGBTs (Non-Punch-Through Insulated Gate Bipolar Transistor) verbessert werden. Erhoeht man den Anteil der „Shortung“, so verzoegert sich hingegen der Einsatzpunkt der Plasmaueberschwemmung zu groesseren Stromdichten. Der Kurvenverlauf aehnelt damit zunaechst einem Unipolarbauelement mit sehr grossem Driftzonenwiderstand, bevor er mit einsetzender Plasmaueberschwemmung auf den steilen Ast einschwenkt. Durch optimale Auslegung der Shortung kann der Uebergang nahezu ideal gestaltet werden. Durch die eingebrachten Shorts verliert der IGBT seine Sperrfaehigkeit in Rueckwaertsrichtung, so dass die inhaerente Freilaufdiode genutzt werden kann und sogenannte DuoPacks (IGBT+Diode; Marke der Infineon AG) ohne zusaetzliche Diodenmontage moeglich werden. Nun bedingt jedoch die Struktur des IGBTs mit seiner langen Driftzone ohne Lebensdauereinstellung keine ideale Voraussetzung fuer eine gute Diode. Die Verzoegerungszeit beim Abschalten ist wegen der oberseitig sehr hohen Plasmaueberschwemmung erhoeht und verursacht durch den spaeten Spannungsaufbau eine sehr hohe Rueckstromspitze bzw. hohe Stromdichten. Da der Strom nicht homogen ueber die Oberflaeche abfliessen kann, bilden sich lokal konzentrierte Strompfade unter den P-Gebieten der Zellenfelder aus. Die Dotierungswirkung des fliessenden Stromes fuehrt dann zu einem Anstieg des Feldstaerkegradienten und damit fruehzeitig zum Ausfall der Diode im Bereich der Rueckstromspitze. Der anodengeshortete IGBT kann somit sehr gut als schneller Schalter in Anwendungen eingesetzt werden, in denen insbesondere die niedrigen Durchlassverluste wichtig sind. Als Ersatz von DuoPacks, fuer die eine kommutierungsfeste Diode die wichtigste Voraussetzung ist, ist er heute jedoch nicht geeignet.

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S

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Anodengeshorteter IGBT mit kommutierungsfester Rueckwaertsanode

Idea: Dr. Holger Kapels, DE-Muenchen; Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen

Durch rueckseitig eingebrachte Anodenshorts kann das Schaltverhalten herkoemmlicher NPT-IGBTs (Non-Punch-Through Insulated Gate Bipolar Transistor) verbessert werden. Erhoeht man den Anteil der "Shortung", so verzoegert sich hingegen der Einsatzpunkt der Plasmaueberschwemmung zu groesseren Stromdichten. Der Kurvenverlauf aehnelt damit zunaechst einem Unipolarbauelement mit sehr grossem Driftzonenwiderstand, bevor er mit einsetzender Plasmaueberschwemmung auf den steilen Ast einschwenkt. Durch optimale Auslegung der Shortung kann der Uebergang nahezu ideal gestaltet werden.

Durch die eingebrachten Shorts verliert der IGBT seine Sperrfaehigkeit in Rueckwaertsrichtung, so dass die inhaerente Freilaufdiode genutzt werden kann und sogenannte DuoPacks (IGBT+Diode; Marke der Infineon AG) ohne zusaetzliche Diodenmontage moeglich werden. Nun bedingt jedoch die Struktur des IGBTs mit seiner langen Driftzone ohne Lebensdauereinstellung keine ideale Voraussetzung fuer eine gute Diode. Die Verzoegerungszeit beim Abschalten ist wegen der oberseitig sehr hohen Plasmaueberschwemmung erhoeht und verursacht durch den spaeten Spannungsaufbau eine sehr hohe Rueckstromspitze bzw. hohe Stromdichten. Da der Strom nicht homogen ueber die Oberflaeche abfliessen kann, bilden sich lokal konzentrierte Strompfade unter den P-Gebieten der Zellenfelder aus. Die Dotierungswirkung des fliessenden Stromes fuehrt dann zu einem Anstieg des Feldstaerkegradienten und damit fruehzeitig zum Ausfall der Diode im Bereich der Rueckstromspitze. Der anodengeshortete IGBT kann somit sehr gut als schneller Schalter in Anwendungen eingesetzt werden, in denen insbesondere die niedrigen Durchlassverluste wichtig sind. Als Ersatz von DuoPacks, fuer die eine kommutierungsfeste Diode die wichtigste Voraussetzung ist, ist er heute jedoch nicht geeignet.

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