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Diode mit Randanschluss zur Vermeidung von 'hot spots' beim Strom-Kommutieren

IP.com Disclosure Number: IPCOM000022715D
Published in the IP.com Journal: Volume 4 Issue 4 (2004-04-25)
Included in the Prior Art Database: 2004-Apr-25
Document File: 3 page(s) / 1M

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Fuer eine dauerhafte statische Sperrfaehigkeit und Robustheit gegenueber negativen Ladungen bei Dioden besteht die Moeglichkeit, planare Randabschluesse mit einem Feldplattenrand zu realisieren. Bei schnellen Freilaufdioden mit einem Feldplattenrand ist jedoch das Abkommutieren bei hohen Spannungen, die nahe an die statische Durchbruchsspannung heranreichen, kritisch. Beim Abschalten der Diode vom Durchlasszustand in den Sperrzustand wird die im Volumen gespeicherte Ueberschwemmungsladung zunaechst abgefuehrt, bevor das Bauelement Sperrspannung aufnehmen kann. Dabei ist der Stromfluss im anodennahen Randbereich deutlich hoeher, da die Ladung im gesamten Volumen des aeusseren Randbereichs noch hinzukommt. Es ist vorteilhaft, das Kontaktloch von der p-Wannenkante um mindestens 50 μm zurueckzuziehen. Dadurch entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der mit der Anode kontaktierten Feldplatte und dem darunter liegenden Silizium (siehe Abb. 1), so dass durch die negative Vorpolung der Anode beim Abkommutieren Loecher an der Halbleiteroberflaeche unter der Feldplatte akkumuliert werden, wodurch sich regelrecht ein Loecherkanal zur Anode bildet. Die Stromdichte im Kanal haengt erstens vom Potentialabfall zwischen Feldplatte und Silizium, zweitens von der im Kanal auftretenden lateralen Feldstaerke ab.

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S

Diode mit Randanschluss zur Vermeidung von 'hot spots' beim Strom- Kommutieren

Idea: Dr. Elmar Falck, DE-Muenchen; Josef-Georg Bauer, DE-Muenchen

Fuer eine dauerhafte statische Sperrfaehigkeit und Robustheit gegenueber negativen Ladungen bei Dioden besteht die Moeglichkeit, planare Randabschluesse mit einem Feldplattenrand zu realisieren. Bei schnellen Freilaufdioden mit einem Feldplattenrand ist jedoch das Abkommutieren bei hohen Spannungen, die nahe an die statische Durchbruchsspannung heranreichen, kritisch. Beim Abschalten der Diode vom Durchlasszustand in den Sperrzustand wird die im Volumen gespeicherte Ueberschwemmungsladung zunaechst abgefuehrt, bevor das Bauelement Sperrspannung aufnehmen kann. Dabei ist der Stromfluss im anodennahen Randbereich deutlich hoeher, da die Ladung im gesamten Volumen des aeusseren Randbereichs noch hinzukommt. Es ist vorteilhaft, das Kontaktloch von der p-Wannenkante um mindestens 50 µm zurueckzuziehen. Dadurch entsteht eine Potentialdifferenz zwischen der mit der Anode kontaktierten Feldplatte und dem darunter liegenden Silizium (siehe Abb. 1), so dass durch die negative Vorpolung der Anode beim Abkommutieren Loecher an der Halbleiteroberflaeche unter der Feldplatte akkumuliert werden, wodurch sich regelrecht ein Loecherkanal zur Anode bildet. Die Stromdichte im Kanal haengt erstens vom Potentialabfall zwischen Feldplatte und Silizium, zweitens von der im Kanal auftretenden lateralen Feldstaerke ab.

Bei beispielsweise 6,5 kV Dioden liegt der Potentialabfall zwischen Feldplatte und Oberflaeche bei einer dreifachen Standardbelastung in der Groessenordnung von 90 V. Im Kanal selbst entsteht eine hohe Leistungsdichte von ca. 90 GW/cm3. Dies fuehrt bevorzugt an der Stelle, an der der

metallurgische pn-Uebergang an die Halbleiteroberflaeche tritt, zu einem regelrechten "hot spot" (siehe Abb. 2). Bei einer herkoemmlichen 6,5 kV-Diode betraegt die Temperaturueberhoehung 300 K.

Bislang wird auf diese Schwaeche der Diode Ruecksicht genommen, indem die Schaltbedingungen des IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) beispielsweise entsprechend angepasst werden. Dadurch wird in Kauf genommen, dass die Einschaltverluste ueber dem sonst erreichbaren niedrigsten Wert liegen. Bei der Diode selbst b...