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Diode mit kommutierungsfestem Randabschluss

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028224D
Original Publication Date: 2004-Jun-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Jun-25
Document File: 2 page(s) / 295K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Planare Randabschluesse mit Feldringen und darueber liegende Feldplatten dienen einer optimalen statischen Sperrfaehigkeit und Robustheit gegenueber negativen aeusseren Einfluessen. Bei schnellen Freilaufdioden kommt es beim Stromkommutiervorgang vom Durchlasszustand in den Abschaltzustand zu einem stark erhoehten Stromfluss der zuvor gespeicherten Ladung, waehrend gleichzeitig bereits hohe elektrische Feldstaerken im Bauelement vorhanden sind. Insbesondere sind Spannungen nahe der statischen Durchlassspannung kritisch und die Diode wird dann haeufig im anodennahen Bereich im Rand zerstoert. Denn beim Abschalten der Diode vom Durchlass- 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. In den Gebieten, in denen hoher Loecherstrom zur negativ gepolten Anode fliesst, wird die effektive Grunddotierkonzentration drastisch erhoeht.

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S

Diode mit kommutierungsfestem Randabschluss

Idee: Dr. Elmar Falck, DE-Muenchen; Dr. Hans-Joachim Schulze, DE-Muenchen; Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen; Dr. Frank Pfirsch, DE-Muenchen

Planare Randabschluesse mit Feldringen und darueber liegende Feldplatten dienen einer optimalen statischen Sperrfaehigkeit und Robustheit gegenueber negativen aeusseren Einfluessen. Bei schnellen Freilaufdioden kommt es beim Stromkommutiervorgang vom Durchlasszustand in den Abschaltzustand zu einem stark erhoehten Stromfluss der zuvor gespeicherten Ladung, waehrend gleichzeitig bereits hohe elektrische Feldstaerken im Bauelement vorhanden sind. Insbesondere sind Spannungen nahe der statischen Durchlassspannung kritisch und die Diode wird dann haeufig im anodennahen Bereich im Rand zerstoert. Denn beim Abschalten der Diode vom Durchlass- 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. In den Gebieten, in denen hoher Loecherstrom zur negativ gepolten Anode fliesst, wird die effektive Grunddotierkonzentration drastisch erhoeht.

Auf diese Schwaeche muss bislang derart Ruecksicht genommen werden, indem die Schaltbedingungen des IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) beispielsweise entsprechend angepasst werden. Dadurch liegen die Einschaltverluste ueber dem sonst erreichbaren niedrigsten Wert.

Die Idee besteht nun darin, eine solche Massnahme fuer den Randabschluss zu treffen, die einerseits das statische Sperrverhalten der Diode nicht beeinflusst, und andererseits waehrend des Schaltvorganges zur Vermeidung hoher Feldstaerkespitzen beitraegt. Dafuer werden mehrere schmale Feldringe zwischen der p-Wanne der Anode und dem 1. Feldring unter der Anodenfeldplatte mit kleinem Abstand zur p-Wanne und zueinander eingefuegt. Die Lage der urspruenglichen aeusseren Feldringe kann dabei so weit nach aussen verschoben werden, dass der Abstand zwischen aeusserstem neu eingefuegten Feldring zum innersten urspruenglichen Feldring dem urspruenglichen Abstand zwischen 1. Feldring und p-Wanne entspricht (siehe Abb. 1 und 2 jeweils mit d bezeichnet). Die Abstaende der neu hinzugekommenen inneren Feldringe sind dabei auf die kurzzeitig erhoehte effektive Basisdotierung zu dimensionieren. Da die zusaetzlich ein...