DE10007416C1 - Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre Verwendung - Google Patents
Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre VerwendungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine steuerbare Halbleiteranordnung aus einem MOS-Feldeffekttransistor (t), einer Diode (D) und einer Schottky-Diode (SD), bei der Source oder Drain des MOS-Feldeffekttransistors (T) mit der Anode (A) der Diode (D) und Drain bzw. Source des MOS-Feldeffekttransistors (T) mit der Anode der Schottky-Diode verbunden sind. Bei dieser steuerbaren Halbleiteranordnung ist die Bulk-Zone des MOS-Feldeffekttransistors (T) über den Anodenkontakt (8) der Diode (D) mit Source oder Drain dieses Feldeffekttransistors (T) verbunden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine steuerbare Halblei
teranordnung aus einem MOS-Feldeffekttransistor, einer Diode
und einer Schottky-Diode, bei der Source oder Drain des MOS-
Feldeffekttransistors mit der Anode der Diode und Drain bzw.
Source des MOS-Feldeffekttransistors mit der Anode der
Schottky-Diode verbunden sind.
Wenn Induktivitäten geschaltet werden sollen, werden bevor
zugt sogenannte Freilaufdioden eingesetzt. Als Beispiele
hierfür seien Gleichstromsteller mit "Buck-Topologie (vgl.
Fig. 3) mit einem Schalter S, einer Induktivität I, einer
Freilaufdiode D und einem Kondensator C, mit Boost-Topologie"
(vgl. Fig. 4) oder mit "Buck-Boost-Topologie" (vgl. Fig. 5),
Zweiquadrantensteller (vgl. Fig. 6), Vierquadrantensteller
(vgl. Fig. 7) oder auch Wechselrichter für verschiedenphasige
Wechselspannungen und -ströme, nämlich Einphasen-Wechselrich
ter (vgl. Fig. 7) und Dreiphasen-Wechselrichter (vgl. Fig. 8)
genannt (vgl. K. Heumann, "Grundlagen der Leistungselektro
nik", Teubner, Stuttgart, 1989. Dabei ist es unerheblich, ob
es sich bei den Induktivitäten um induktive Lasten oder Fil
terinduktivitäten handelt. Freilaufdioden ermöglichen
jedenfalls einer Induktivität nach Unterbrechung ihres
Hauptstrompfades die Aufrechterhaltung des Stromes über einen
speziellen Freilaufkreis und verhindern so das Entstehen au
ßerordentlich hoher Spannungen an den Anschlüssen der Induk
tivität. Dies ist wichtig, um mit diesen Anschlüssen verbun
dene Bauelemente vor Überlastung und Zerstörung zu schützen.
Um die Verluste im Freilaufkreis so gering wie möglich zu
halten, sollten Freilaufdioden über eine möglichst geringe
Flußspannung verfügen. Der Spannungsabfall in Durchlaßrich
tung der Diode sollte also auf der einen Seite möglichst
niedrig sein. Auf der anderen Seite sollte das Sperrvermögen
einer Freilaufdiode aber in der Regel mindestens den über der
Induktivität oder der angeschlossenen Last auftretenden Span
nungen genügen. Aus diesem Grund werden für Freilaufdioden
bevorzugt sogenannte pin-Dioden eingesetzt. Diese bestehen
bekanntlich aus einem hochdotierten p-leitenden Gebiet (p-
Emitter) und einem n-leitenden Gebiet (n-Emitter), wobei zwi
schen dem p-leitenden Gebiet und dem n-leitenden Emitter eine
weite, niedrig dotierte n-leitende Basis liegt, welche zur
Aufnahme der Sperrspannung herangezogen wird. In Durchlaß
richtung wird die Leitfähigkeit dieser niedrig dotierten n-
leitenden Basis durch Überschwemmung mit Ladungsträgern modu
liert, so daß sich die gewünschte niedrige Flußspannung ein
stellt (vgl. K. T. Kaschani, "Untersuchung und Optimierung
von Leistungsdioden", Dissertation, Technische Universität
Braunschweig, Hartung-Gorre Verlag, Konstanz, 1997).
Besonders kritisch in bezug auf Verluste ist das schnelle Ab
kommutieren solcher pin-Dioden, das heißt der schnelle Wech
sel von einem Durchlaßbetrieb in einen Sperrbetrieb. Damit
sich überhaupt eine Raumladungszone aufbauen und die Frei
laufdiode Sperrspannung aufnehmen kann, muß nämlich beim Ab
kommutieren die Ladung, die zur Leitfähigkeitsmodulation der
n-leitenden Basis in der Freilaufdiode gespeichert ist,
schnellstmöglich entfernt werden. Dies wird zudem durch un
vermeidbare Zuleitungsinduktivitäten erschwert, welche einer
seits den Ausräumvorgang verlangsamen und andererseits zu ho
hen Überspannungen führen und welche so auch die zu der Frei
laufdiode benachbarten Bauelemente stark belasten.
Ein vorrangiges Ziel besteht daher darin, die Speicherladung
von pin-Dioden soweit wie möglich zu reduzieren, ohne dabei
jedoch die Flußspannung nennenswert zu erhöhen. Bisher wurde
versucht, dies durch gezieltes Einbringen von Rekombinations
zentren in die n-leitende Basis, also durch Lebensdauerein
stellung, oder durch Anpassung des n-leitenden Emitters, also
durch Emittereinstellung, zu erreichen (vgl. Kaschani
a. a .O.). Einem derartigen Vorgehen sind aber Grenzen gesetzt,
welche primär auf das Fehlen einer direkten Kontrolle der ge
speicherten Ladung zurückzuführen sind.
Eine deutliche Verbesserung läßt sich erreichen, wenn bei
spielsweise der Emitterwirkungsgrad des p-leitenden Emitters
der Freilaufdiode durch Ansteuerung über einen zusätzlichen
Steueranschluß kurz vor dem Abkommutieren reduziert wird, so
daß mit dem Abbau der Speicherladung bereits vor dem eigent
lichen Abkommutierungsvorgang begonnen wird. Durch geeignete
Steuerung des Emitterwirkungsgrades des p-leitenden Emitters
erscheint es somit möglich zu sein, die mit dem Rückstrom ab
zubauende Speicherladung mehr als zu halbieren (U. Wiesner,
"Plasmadynamik in beidseitig steuerbaren bipolaren Leistungs
bauelementen", Dissertation, Technische Universität Braun
schweig, Herbert Utz Verlag Wissenschaft, München, 1997).
Hiermit ist wiederum eine entsprechende Verringerung der
Rückstromspitze und damit auch eine Minderung der Verluste
verbunden, die im Zusammenhang mit der Entladung von Zulei
tungsinduktivitäten auf jeden Fall in der Freilaufdiode umge
setzt werden müssen (vgl. Kaschani a. a .O.). Unter Berücksich
tigung der mit einer anodenseitigen Absenkung der Speicherla
dung verbundenen, erhöhten Durchlaßverluste erscheint zumin
dest eine Halbierung der im Rahmen des Abkommutiervorganges
in der Freilaufdiode umgesetzten Verluste machbar (vgl. Wies
ner a. a .O.). Hinzu kommt noch die mit der Reduktion der Spei
cherladung verbundene Entlastung von Halbleiterschaltern,
welche den Abkommutiervorgang einleiten.
Die Steuerung des Emitterwirkungsgrades des p-leitenden Emit
ters ist insbesondere deshalb vorteilhaft, weil einerseits
aufgrund der unterschiedlichen Beweglichkeiten von Elektronen
und Löchern eine im Durchlaßbetrieb zum n-leitenden Emitter
ansteigende Ladungsträgerdichte in der n-leitenden Basis die
Flußspannung nicht so stark erhöht wie eine abnehmende La
dungsträgerdichte. Andererseits fördert eine reduzierte La
dungsträgerdichte im Bereich des pn-Überganges eine frühzei
tige Sperrspannungsaufnahme und damit ein sanftes Abkommutieren,
das heißt einen sanft abklingenden Rückstrom und eine
geringe Überspannung (vgl. Kaschani a. a .O.). Schließlich ist
die Steuerung des p-leitenden Emitters nicht zuletzt deshalb
vorteilhaft, da sie auf das Anodenpotential der Diode bezogen
erfolgen kann und dieses ohnehin bei vielen Anwendungen als
Bezugspotential der beteiligten Halbleiterschalter dient, so
daß der Ansteueraufwand hierfür vertretbar bleibt. Letzteres
gilt beispielsweise für Gleichstromsteller mit Buck-Topo
logie, für Zwei- oder Vierquadrantensteller sowie für Wech
selrichter für verschiedenphasige Wechselspannungen und
-ströme.
Abgesehen von einer pin-Diode mit einem steuerbaren p-leiten
den Emitter kann ein Freilauf einer Induktivität auch nach
dem Prinzip der Synchrongleichrichtung mittels eines Halblei
terschalters erfolgen. Hierfür kommen in erster Linie MOS-
Feldeffekttransistoren in Betracht, da diese sowohl über ihre
Inversdiode als auch über den eigentlichen MOS-Transistor ei
nen Stromfluß in inverser Richtung erlauben. Allerdings sind
solche Transistoren nicht für den Inversbetrieb optimiert.
Außerdem sind MOS-Feldeffekttransistoren aufgrund ihres ver
gleichsweise hohen Einschaltwiderstandes Ron zwischen Drain
und Source auf Sperrspannungen bis etwa 1 kV beschränkt.
IGBTs verfügen zwar prinzipiell sowohl über die notwendige
Leitfähigkeit als auch über ein deutlich höheres Sperrvermö
gen. Allerdings erlauben IGBTs ohne zusätzliche Maßnahmen
aufgrund ihres p-leitenden Kollektors keinen Stromfluß in in
verser Richtung. Um dies zu gestatten, müßte der p-leitende
Emitter des Kollektors ähnlich wie bei Thyristoren mit n-
leitenden Segmenten "vershortet" bzw. kurzgeschlossen werden,
wodurch dann eine Art Zwitter zwischen einem IGBT und einem
MOS-Feldeffekttransistor entstehen würde, der allerdings noch
nicht für einen Inversbetrieb optimiert wäre (vgl. hierzu
auch R. Sunkavalli, B. J. Baliga, "Note: Comparison of high
speed DI-LIGBT structures", Solid-State Electronics, Band 41,
Nr. 12, S. 1953-1956, 1997).
Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß eine pin-Diode eine
besonders günstige Korrelation zwischen Durchlaßspannung ei
nerseits und Rückstromspitze bzw. Sperrverzögerungsladung an
dererseits dann aufweist, wenn die Emitter der Diode relativ
schwach dotiert sind, wobei eine schwache Dotierung des p-
leitenden Emitters dabei von besonderer Bedeutung ist (vgl.
A. Porst, F. Auerbach, H. Brunner, G. Deboy, F. Hille: "Im
provement of the Diode Characteristics using Emitter-
Controlled Principles (EMCON-Diode), "Proceedings ISPSD'97
Weimar, S. 213-216 (1997)). Eine ähnliche Verbesserung kann
dadurch erreicht werden, daß eine pin-Diode und eine Schott
ky-Diode monolithisch parallel geschaltet werden. Dabei wer
den streifenförmige pin- und Schottky-Dioden in einem Raster
von etwa 10 bis 100 µm direkt nebeneinander abwechselnd ange
ordnet (vgl. S. Sawant und B. Baliga: "4 kV Merged PiN
Schottky (MPS) Rectifiers", Proceedings ISPSD'98 Kyoto, S.
297-300 (1998)).
Beide vorangehend erwähnten Bauelemente sind dabei extern
nicht ansteuerbar. Dies bedeutet, daß der für den Abschalt
vorgang und eine niedrige Sperrverzögerungsladung günstige
schlechte Emitterwirkungsgrad auch im Durchlaßzustand vorhan
den ist und damit die Durchlaßspannung höher ist als mit ei
nem hohen Emitterwirkungsgrad. Soll umgekehrt eine niedrige
Durchlaßspannung erreicht werden, bewirkt der hierfür notwen
dige hohe Emitterwirkungsgrad wiederum eine hohe Rückstrom
spitze und eine große Sperrverzögerungsladung. Aus diesem
Grund wurde versucht, beide Fälle dadurch zu entkoppeln, daß
der Emitter durch eine externe Ansteuerung beeinflußt werden
kann. Hierfür sollen im folgenden zwei Konzepte beschrieben
werden.
In US-A-5 258 640 ist eine durch ein MOS-Gate gesteuerte
Diode beschrieben, die aus der monolithischen Parallelschal
tung einer pn-Diode D1 (vgl. Fig. 9) und eines zweiten mögli
chen Strompfades durch eine mit einem n-Kanal-MOS-
Feldeffekttransistor in Reihe geschaltete Schottky-Diode SD
besteht. Gate G dieser Anordnung kann je nach Ausführungsform
fest auf dem Potential der Anode A liegen oder extern ansteu
erbar sein. Dabei ist vorgesehen, bei Stromfluß in Vor
wärtsrichtung durch Einschalten des MOS-Feldeffekttransistors
T die Schottky-Diode SD und die pn-Diode D1 parallel zu be
treiben und damit die niedrigere Durchlaßspannung der Schott
ky-Diode SD bei kleineren Stromdichten zu nutzen. Bei Anlie
gen einer Sperrspannung wird dagegen der MOS-
Feldeffekttransistor T ausgeschaltet, so daß nur noch der
Sperrstrom der pn-Diode D1 fließt, der erheblich niedriger
als derjenige der Schottky-Diode SD ist.
Bei dieser bestehenden Anordnung ist nicht vorgesehen, daß
die Schottky-Diode SD im Durchlaßzustand ausgeschaltet und
die Ladungsträgerverteilung der pn-Diode D1 durch ein Gatesi
gnal vor dem Kommutierungsvorgang so beeinflußt werden kann,
daß die Schaltverluste geringer werden. Dies ist bei der be
kannten Anordnung auch nicht sinnvoll, da die pn-Diode D1 ei
ne höhere Durchlaßspannung als die Schottky-Diode SD hat. Ein
weiterer Nachteil der bestehenden Anordnung liegt in der sehr
kleinen Fläche des Schottky-Kontaktes der Schottky-Diode SD,
was verhindert, daß über die Schottky-Diode SD ein Strom mit
einer nennenswerten Stromdichte fließen kann. Aus diesem
Grund ist die bestehende Anordnung für Leistungsdioden nicht
geeignet.
Schließlich ist in US-A-5 430 323 eine steuerbare Halblei
teranordnung der eingangs genannten Art beschrieben. Bei die
ser bestehenden Anordnung (vgl. Fig. 10) ist ebenfalls eine
durch ein MOS-Gate gesteuerte Diode vorgesehen. Dabei wird
aber der zu der Anordnung gemäß US-A-5 258 640 umgekehrte Weg
beschritten: die Diode besteht hier nämlich aus der Parallel
schaltung einer Schottky-Diode SD und eines zweiten möglichen
Strompfades durch eine mit einem MOS-Feldeffekttransistor T
in Reihe liegende pin-Diode D. Diese Diode soll bei einer so
hohen Stromdichte betrieben werden, daß die mit dem einge
schalteten MOS-Feldeffekttransistor T in Reihe geschaltete
pin-Diode D einen niedrigeren Durchlaßspannungsabfall besitzt
als die Schottky-Diode SD. Kurz vor dem Kommutierungsvorgang
wird der Kanal des MOS-Feldeffekttransistors T ausgeschaltet,
so daß nur noch die Schottky-Diode SD aktiv ist und die Über
schußladungsträger der pin-Diode D rekombinieren können. Da
durch lassen sich die Schaltverluste und die Rückstromspitze
deutlich verringern, und die steuerbare Halbleiteranordnung
selbst kann mit einer höheren Frequenz betrieben werden.
Nachteilhaft ist aber die um den Spannungsabfall im Kanal des
MOS-Transistors T erhöhte Durchlaßspannung der pin-Diode D.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine steuerbare
Halbleiteranordnung in der Form einer Leistungsdiode zu
schaffen, welche im Durchlaßzustand wie eine pin-Diode mit
gutem Emitterwirkungsgrad eine niedrige Durchlaßspannung hat,
beim Abschalten aber wie eine pin-Diode mit schlechtem Emit
terwirkungsgrad eine niedrige Rückstromspitze und eine gerin
ge Sperrverzögerungsladung aufweist.
Diese Aufgabe wird bei einer steuerbaren Halbleiteranordnung
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Bulk-Zone des MOS-Feldeffekttransistors über den An
odenkontakt der Diode mit seiner Drain oder Source verbunden
ist.
Die Erfindung ermöglicht so eine steuerbare Halbleiteranord
nung in der Form einer Leistungsdiode, welche im Durchlaßzu
stand wie eine pin-Diode mit gutem Emitterwirkungsgrad eine
niedrige Durchlaßspannung hat und die beim Abschalten aber
wie eine pin-Diode mit schlechtem Emitterwirkungsgrad eine
niedrige Rückstromspitze und eine geringe Sperrverzögerungs
ladung aufweist.
Das obige Verhalten der erfindungsgemäßen steuerbaren Halb
leiteranordnung wird dadurch erreicht, daß neben einer Diode
mit pin- oder genauer pn-n-Struktur eine mit einem MOS-Feld
effekttransistor in Reihe geschaltete Schottky-Diode mit beispielsweise
einem Streifenraster vorgesehen ist. Die Schott
ky-Diode hat dabei - im Gegensatz zu US-A-5 258 640 - eine
Fläche, welche es erlaubt, einen großen Teil des Laststromes
über den Schottky-Kontakt abzuleiten, wenn der MOS-Feldef
fekttransistor eingeschaltet ist. Der MOS-Feldeffekttran
sistor wird in vorteilhafter Weise in den p-leitenden Emitter
der Diode integriert. Die Durchlaßspannung ist durch die
Diode bestimmt und hat - im Gegensatz zu US-A-5 430 323 -
keinen MOS-Feldeffekttransistor-Anteil.
Die erfindungsgemäße steuerbare Halbleiteranordnung arbeitet
in der folgenden Weise:
Im Durchlaßzustand ist der MOS-Feldeffekttransistor ausge
schaltet. Daher fließt kein Strom durch die Schottky-Diode,
und die Diode sorgt mit ihrem gut p-leitenden Emitter für ei
ne hohe Ladungsträgerüberschwemmung und damit für eine nied
rige Durchlaßspannung. Eine kurze Zeit, beispielsweise 1 bis
20 µs, vor dem Kommutierungsvorgang wird der MOS-Feldeffekt
transistor eingeschaltet, so daß die Elektronen am p-leiten
den Emitter der Diode vorbei in den Schottky-Kontakt der
Schottky-Diode fließen können. Dadurch hört der p-leitende
Emitter der Diode auf, Löcher zu emittieren, und die Über
schußladungsträger der Diode werden insbesondere in der Nähe
des pn--Überganges abgebaut. Dies hat zur Folge, daß zum ei
nen die beim Kommutierungsvorgang auszuräumende Ladung, also
die Sperrverzögerungsladung, entsprechend verringert wird und
zum andern die Diode am pn--Übergang schnell Spannung aufneh
men kann, wodurch nur noch eine kleine Rückstromspitze auf
tritt.
Die erfindungsgemäße steuerbare Halbleiteranordnung kombi
niert so die Vorteile der aus der US-A-5 258 640 und der US-
A-5 430 323 bekannten Halbleiteranordnungen, nämlich eine
niedrige Durchlaßspannung ohne MOS-Feldeffekttransistor-
Anteil und eine gute Steuerbarkeit des p-leitenden Emitters,
indem ein großer Teil des Laststromes über den Schottky-
Kontakt der Schottky-Diode abgeleitet werden kann.
Zwar verwendet die erfindungsgemäße steuerbare Halblei
teranordnung eine ähnliche Struktur, wie diese insbesondere
in US-A-5 258 640 beschrieben ist. Jedoch weist die erfin
dungsgemäße steuerbare Halbleiteranordnung erhebliche Verbes
serungen gegenüber diesem Stand der Technik auf, da bei ihr
der Schottky-Kontakt der Schottky-Diode großflächig direkt
neben einem n--leitenden Gebiet angeordnet werden kann und
nicht als Kontakt der Anode auf Source des MOS-
Feldeffekttransistors gestaltet ist. Auch liegt bei der er
findungsgemäßen steuerbaren Halbleiteranordnung der MOS-
Feldeffekttransistor zwischen Schottky-Kontakt der Schottky-
Diode und der Anode.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen steuerbaren
Halbleiteranordnung,
Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen steuerbaren Halbleiteranord
nung,
Fig. 3 eine Buck-Topologie,
Fig. 4 eine Boost-Topologie,
Fig. 5 eine Buck-Boost-Topologie,
Fig. 6 einen Zweiquadrantensteller,
Fig. 7 einen Vierquadrantensteller bzw. einen Einphasen-
Wechselrichter,
Fig. 8 einen Dreiphasen-Wechselrichter,
Fig. 9 eine bestehende steuerbare Halbleiteranordnung
und
Fig. 10 eine andere bestehende Halbleiteranordnung.
Die Fig. 3 bis 10 sind bereits eingangs erläutert worden. In
den Figuren werden für einander entsprechende Bauteile die
gleichen Bezugszeichen verwendet.
Weiterhin können die angegebenen Leitungstypen jeweils auch
umgekehrt werden, obwohl bei der erfindungsgemäßen steuerba
ren Halbleiteranordnung der MOS-Feldeffekttransistor in be
vorzugter Weise ein n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor ist.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild der erfindungsgemäßen steuerbaren
Halbleiteranordnung: ähnlich wie bei der Halbleiteranordnung
nach der US-A-5 430 323 (vgl. Fig. 10) liegen eine pin-Diode
D und eine Schottky-Diode SD parallel zueinander und eine der
Dioden (hier SD) in Reihe zu einem MOS-Feldeffekttransistor
T. Dieser Feldeffekttransistor T ist in bevorzugter Weise ein
n-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor. Die Anode der Diode D ist
mit Source bzw. Drain des MOS-Feldeffekttransistors T sowie
mit dessen Bulk-Zone verbunden, während die Schottky-Diode SD
an Drain oder Source des MOS-Feldeffekttransistors T ange
schlossen ist.
Die Diode D hat eine pin- und insbesondere eine pn-n-Struk
tur, während die Schottky-Diode SD eine große Fläche ein
nimmt, die es erlaubt, einen großen Teil des Laststromes über
den Schottky-Kontakt der Schottky-Diode SD abzuleiten, wenn
der MOS-Feldeffekttransistor T eingeschaltet ist.
Fig. 2 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein
Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen steuerbaren Halb
leiteranordnung.
Auf einem n+-leitenden Siliziumsubstrat 1 befindet sich eine
beispielsweise durch Epitaxie aufgebrachte n--leitende Sili
ziumschicht 2, in welche eine p-leitende Wanne 3 eingebracht
ist. In dieser p-leitenden Wanne sind n+-leitende Zonen 4
bzw. 5 als Source bzw. Drain eines MOS-Feldeffekttransistors
T mit einer Gateelektrode 7 bzw. G vorgesehen. Die Zone 5 ist
mit einem Anodenkontakt 8 bzw. A aus Aluminium versehen, wel
cher auch die p-leitende Wanne 3 kontaktiert. Auf diese Weise
wird eine Diode mit einer pn-n+-Struktur zwischen der Anode A
und einer Kathode K gebildet, welche das Siliziumsubstrat 1
kontaktiert.
Außerdem befindet sich auf der n--leitenden Siliziumschicht
ein Schottky-Kontakt 9, der aus den üblichen Materialien be
stehen kann, welche mit n--dotiertem Silizium einen Schottky-
Übergang bilden. Dieser Schottky-Kontakt 9 ist mit der Zone 4
verbunden. Damit liegt eine Schottky-Diode SD in Reihe zu dem
MOS-Feldeffekttransistor T zwischen der Anode A und der Ka
thode K.
Wie durch das Bezugszeichen 6 angedeutet ist, können mehrere
derartige steuerbare Halbleiteranordnungen parallel zueinan
der angeordnet werden.
Gegebenenfalls kann unterhalb der Elektrode 8 noch ein p+-
dotiertes Anschlußgebiet für die Wanne 3 vorgesehen werden.
Diese Wanne 3 wirkt als Schutzring für den Schottky-Kontakt 9
bzw. für die Schottky-Diode SD.
Im Durchlaßzustand ist der MOS-Feldeffekttransistor T ausge
schaltet. Daher fließt kein Strom durch die Schottky-Diode
SD, während die pin-Diode D mit ihrem p-leitenden Emitter für
eine hohe Ladungsträgerüberschwemmung in der n--leitenden
Halbleiterschicht 2 und damit für eine niedrige Durchlaßspan
nung sorgt. Kurz vor einem Kommutierungsvorgang wird der MOS-
Feldeffekttransistor eingeschaltet, so daß die Elektronen an
der p-leitenden Wanne 3, die den Emitter der Diode D bildet,
vorbei in den Schottky-Kontakt 9 fließen können. Dadurch hört
die Wanne 3 auf, Löcher zu emittieren, und die Überschußla
dungsträger der pin-Diode D werden insbesondere in der Nähe
des pn--Überganges 11 abgebaut. Dies hat zur Folge, daß die
beim Kommutierungsvorgang auszuräumende Ladung entsprechend
verringert wird und die Diode D am pn--Übergang 11 schnell
Spannung aufnehmen kann, so daß nur eine kleine Rückstrom
spitze auftritt.
T MOS-Feldeffekttransistor
D pin-Diode
D1 pn-Diode
SD Schottky-Diode
I Induktivität
C Kapazität
S Schalter
D pin-Diode
D1 pn-Diode
SD Schottky-Diode
I Induktivität
C Kapazität
S Schalter
1
n+
-leitendes Siliziumsubstrat
2
n-
-leitende Siliziumschicht
3
p-leitende Wanne
4
Source- bzw. Drainzone
5
Drain- bzw. Sourcezone
6
weitere Halbleiteranordnung
7
Gateelektrode
8
Anodenkontakt
9
Schottky-Kontakt
10
p+
-leitende Anschlußzone
11
pn-Übergang
A Anode
G Gate
K Kathode
A Anode
G Gate
K Kathode
Claims (7)
1. Steuerbare Halbleiteranordnung aus einem MOS-Feldeffekt
transistor (T), einer Diode (D) und einer Schottky-Diode
(SD), bei der Source oder Drain des MOS-Feldeffekttran
sistors (T) mit der Anode der Schottky-Diode (SD) verbun
den sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bulk-Zone des MOS-Feldeffekttransistors (T) über den
Anodenkontakt der Diode (D) mit Drain oder Source des
MOS-Feldeffekttransistors (T) verbunden ist.
2. Steuerbare Halbleiteranordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der MOS-Feldeffekttransistor ein n-Kanal-MOS-Feldeffekt
transistor (T) ist.
3. Steuerbare Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Diode (D) eine pn-n-Diodenstruktur aufweist.
4. Steuerbare Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der MOS-Feldeffekttransistor (T) in die Emitterzone der
Diode (D) integriert ist.
5. Steuerbare Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Schottky-Kontakt (9) der Schottky-Diode (SD) großflä
chig in einem Streifenraster gestaltet ist.
6. Steuerbare Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1
bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
der p-leitende Emitter der Diode (D) einen Schutzring für
den Schottky-Kontakt (9) der Schottky-Diode (SD) bildet.
7. Verwendung der steuerbaren Halbleiteranordnung nach einem
der Ansprüche 1 bis 6 in einer Buck-Schaltung, einer
Boost-Schaltung, einer Buck-Boost-Schaltung, einem Zwei
quadrantensteller, einem Vierquadrantensteller, einem
Einphasen-Wechselrichter oder einem Dreiphasen-Wechsel
richter.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10007416A DE10007416C1 (de) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre Verwendung |
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DE10007416A DE10007416C1 (de) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre Verwendung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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ID=7631420
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DE10007416A Expired - Fee Related DE10007416C1 (de) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | Steuerbare Halbleiteranordnung und ihre Verwendung |
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DE (1) | DE10007416C1 (de) |
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