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Verfahren zur Verbesserung der Softness beim Schalten von IGBTs

IP.com Disclosure Number: IPCOM000129030D
Original Publication Date: 2005-Oct-25
Included in the Prior Art Database: 2005-Oct-25
Document File: 2 page(s) / 116K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Das Verfahren soll die Softness (Weichheit) beim Schalten von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) steigern. Das bedeutet, dass der maximal auftretende Stromgradient verringert wird, insbesondere beim Einschalten der Bauelemente. Dies ist wuenschenswert, um Spannungsspitzen im Gesamtsystem zu vermeiden. Die heute im Wesentlichen angewendeten Massnahmen bestehen darin, die aeussere Beschaltung den Bauelementeigenschaften entsprechend anzupassen. Fehlbeschaltungen lasen sich einschraenken und damit die Zuverlaessigkeit des Gesamtsystems verbessern, indem das Schaltverhalten der Bauelemente selbst durch bestimmte Massnahmen verbessert wird.

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S

Verfahren zur Verbesserung der Softness beim Schalten von IGBTs

Idee: Dr. Hans-Joachim Schulze, DE-Muenchen; Dr. Franz-Josef Niedernostheide, DE-Muenchen;

Dr. Carsten Schaeffer, AT-Villach; Hans-Peter Felsl, DE-Muenchen

Das Verfahren soll die Softness (Weichheit) beim Schalten von IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistor) steigern. Das bedeutet, dass der maximal auftretende Stromgradient verringert wird, insbesondere beim Einschalten der Bauelemente. Dies ist wuenschenswert, um Spannungsspitzen im Gesamtsystem zu vermeiden. Die heute im Wesentlichen angewendeten Massnahmen bestehen darin, die aeussere Beschaltung den Bauelementeigenschaften entsprechend anzupassen. Fehlbeschaltungen lasen sich einschraenken und damit die Zuverlaessigkeit des Gesamtsystems verbessern, indem das Schaltverhalten der Bauelemente selbst durch bestimmte Massnahmen verbessert wird.

Bei Experimenten und Bauelementsimulationen wurde festgestellt, dass das Einschalten eines IGBTs spuerbar weicher erfolgt, wenn im oberflaechennahen Bereich des Bauelements eine Reduzierung der Beweglichkeit im Halbleiterkristall vorgenommen wird. Eine schematische Skizze des vorgeschlagenen Prinzips ist der Abbildung 1 zu entnehmen. Entsprechende Simulationsergebnisse sind in Abbildung 2 dargestellt. Um eine solche Reduzierung der Beweglichkeit im Halbleiterkristall im oberflaechennahen Bereich zu erzielen, bietet sich z.B. eine Damage-Implantation an. Hierzu koennen z.B. nicht-dotierende Atome - wie Silizium oder Argonatome - verwendet werden. Als n- dotierede Atome kommen z.B. Selenatome, als p-dotierende Atome z.B. nicht vollstaendig ausgeheilte Bor-Atome in Frage. Es koennen aber auch Heliumatome oder Protonen eingesetzt werden, wobei in diesen Faellen jedoch hoehere Dosen erforderlich sind. Die Konzentration der erzeugten Defekte und damit das Ausmass der Beweglichkeitsreduzierung kann hierbei ueber die Bestrahlungsdosis gesteuert werden, und die Tiefe der Zone mit reduzierter Beweglichkeit, die sich im Wesentlichen im Bereich der so genannten "end of range" befindet, ueber die Bestrahlungsenergie. Da mit der Reduzierung der Beweglichkeit durch die Einfuehrung von Defekten im Siliziumkristall die Generationslebensdauer und damit der Leckstrom spuerbar erhoeht werden koennen, empfiehlt es sich, wenn die Beweglichkeit stark reduziert werden soll, diese Reduzierung in einem Bereich des Bauelements vorzunehmen, der im Sperrzustand nicht von der Raumladungszone erfasst wird, so wie z.B. im oberflaechenahen Bereich des p-dotierten Emitters (wie in Abbildung 1 am Beispiel eines IGBTs schematisch dargestellt). Soll dagegen die Absenkung der Beweglichkeit in tiefer liegenden Bereichen des Bauelements, die im Sperrbetrieb von der Raumladungszone erfasst werden, vor...