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Bauelement mit verbessertem HV-Randabschluss

IP.com Disclosure Number: IPCOM000028655D
Original Publication Date: 2004-Jun-25
Included in the Prior Art Database: 2004-Jun-25
Document File: 2 page(s) / 229K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Bei Hochvolt-Bauelementen, speziell oberhalb von 1200 V Nennsperrspannung, ist nicht nur die nominale Sperrspannung fuer die Applikation relevant, sondern auch die sogenannte Gleichsperrspannungsstabilitaet. Durch den Einfluss von energiereicher ionisierender Strahlung wie Hoehenstrahlung kommt es statistisch zu spontanem Bauteilversagen. Die Wahrscheinlichkeit solcher spontaner Ausfaelle steigt exponentiell mit der lokal im Bauelement auftretenden elektrischen Feldstaerke, also mit der anliegenden Gleichspannung, an. Die Ausfaelle haeufen sich speziell bei nicht angepassten Designs insbesondere am Rand. Entsprechend der avisierten Applikationen und der tolerierten Ausfallwahrscheinlichkeit muss die Zwischenkreisspannung begrenzt bleiben. Damit bleibt auch die verfuegbare Leistung des Umrichters begrenzt. Alternativ oder zusaetzlich muss die tatsaechliche Sperrfaehigkeit des Bauelements entsprechend erhoeht werden, was wiederum zu Nachteilen beim Schaltverhalten und den Verlusten fuehrt. Durch die Beseitigung einer Schwachstelle im Randdesign kann das Problem geloest werden. Dadurch verbessert sich die Gleichspannungsstabilitaet des Bauelements derart, dass weitere Massnahmen zur Erhoehung der Sperrfaehigkeit nicht oder nur in reduziertem Ausmass ergriffen werden muessen.

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S

Bauelement mit verbessertem HV-Randabschluss

Idee: Dr. Anton Mauder, DE-Muenchen; Manfred Pfaffenlehner, DE-Muenchen; Dr. Elmar Falck, DE-Muenchen; Dr. Hans-Joachim Schulze, DE-Muenchen; Renate Bommersbach, DE- Muenchen

Bei Hochvolt-Bauelementen, speziell oberhalb von 1200 V Nennsperrspannung, ist nicht nur die nominale Sperrspannung fuer die Applikation relevant, sondern auch die sogenannte Gleichsperrspannungsstabilitaet. Durch den Einfluss von energiereicher ionisierender Strahlung wie Hoehenstrahlung kommt es statistisch zu spontanem Bauteilversagen. Die Wahrscheinlichkeit solcher spontaner Ausfaelle steigt exponentiell mit der lokal im Bauelement auftretenden elektrischen Feldstaerke, also mit der anliegenden Gleichspannung, an. Die Ausfaelle haeufen sich speziell bei nicht angepassten Designs insbesondere am Rand. Entsprechend der avisierten Applikationen und der tolerierten Ausfallwahrscheinlichkeit muss die Zwischenkreisspannung begrenzt bleiben. Damit bleibt auch die verfuegbare Leistung des Umrichters begrenzt. Alternativ oder zusaetzlich muss die tatsaechliche Sperrfaehigkeit des Bauelements entsprechend erhoeht werden, was wiederum zu Nachteilen beim Schaltverhalten und den Verlusten fuehrt.

Durch die Beseitigung einer Schwachstelle im Randdesign kann das Problem geloest werden. Dadurch verbessert sich die Gleichspannungsstabilitaet des Bauelements derart, dass weitere Massnahmen zur Erhoehung der Sperrfaehigkeit nicht oder nur in reduziertem Ausmass ergriffen werden muessen.

Da die Ausfallrate exponentiell mit der Feldstaerke ansteigt, muessen Feldspitzen am Rand des aktiven Gebiets vermieden werden. Bei Feldplattenraendern kann dazu an der ersten Feldstufe eine Dotierung ueber die abgesaegte Stufe eingebracht werden (siehe Abb. 1). Bei geeigneter Wahl der Implantationsenergie und der Schraege des Oxids bleibt dann abhaengig vom Ort, d.h. von der lokalen Oxiddicke, und von der Tiefenverteilung der implantierten Boratome ein unterschiedlicher Anteil der implantierten Boratome im Oxid haengen. Durch die resultierende graduell abnehmende Dotierung, die zumindest in ihrem Randbereich im Sperrfall vollstaendig durch das elektrisc...