DE102012213230A1

DE102012213230A1 - Leistungsfeldeffekttransistor, elektronische Schaltvorrichtung und Verfahren zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes

Info

Publication number: DE102012213230A1
Application number: DE201210213230
Authority: DE
Inventors: Tobias Steckermeier
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2013-10-17

Abstract

Es wird ein Leistungsfeldeffekttransistor (10) offenbart mit einem Sourcebereich (20), einem Drainbereich (30), einem sich zwischen dem Sourcebereich (20) und dem Drainbereich (30) erstreckenden Kanalbereich (40). Der Leistungsfeldeffekttransistor (10) umfasst ferner eine Steuergate-Elektrode (60) und einen Isolationsbereich (50a, b), der sich zwischen der Steuergate-Elektrode (60) und dem Kanalbereich (40) erstreckt. Es ist eine Floatinggate-Elektrode (70) vorgesehen, die sich zwischen dem Kanalbereich (40) und der Steuergate-Elektrode (60) erstreckt. Mit dieser wird der Schaltzustand des Transistors definiert, wenn kein Steuersignal an der Steuergate-Elektrode anliegt. Ferner wird ein Verfahren zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs mittels des Leistungsfeldeffekttransistors sowie eine Verwendung des Leistungsfeldeffekttransistors offenbart.

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Stromsteuerung im Kraftfahrzeugbereich und insbesondere Leistungselektronik zur Steuerung von Strömen in Bordnetzen, insbesondere von Elektro- oder Hybridantrieben eines Kraftfahrzeugs.
Stand der Technik
Es ist bekannt, elektromechanische oder elektronische Leistungsbauelemente zum Schalten von Strömen in Fahrzeugbordnetzen zu verwenden, etwa Ströme zwischen Energiespeichern, Generatoren, und Starkstromverbrauchern. Es werden Leistungsschalter verwendet, die insbesondere zur Bordnetzstabilisierung Ströme gezielt umleiten können. Beispielsweise die Druckschrift DE 4442867 A1 beschreibt eine Anwendung von MOSFETs zum Schalten von Strömen im Kraftfahrzeugbereich.
Während bei Fahrzeugen ohne Start-Stopp-Funktion die Anzahl der Schaltvorgänge eines Startermotors im Lebenszyklus des Fahrzeugs relativ gering waren, ist nun mit mehr als 100 000 Schaltzyklen innerhalb eines Bordnetzes zu rechnen, das in einem Fahrzeug mit Start-Stopp-Funktion verwendet wird. Hierbei treten beispielsweise Dauerströme von deutlich mehr als 100 Ampere und Spitzenströme von bis zu 1000 Ampere auf.
Es ist anhand der hohen Anzahl von Schaltzyklen zu erkennen, dass elektromechanische Bauelemente aufgrund des mechanischen Verschleißes nicht einsetzbar sind. Es werden daher Leistungsschalter verwendet, insbesondere Leistungs-MOSFETs, deren Schaltungszyklen im Wesentlichen unbegrenzt sind. Diese Leistungshalbleiter haben jedoch einen durch ihre Struktur vorgegebenen Schaltzustand bei fehlender Steuerspannung, der nach der Herstellung unveränderlich ist. Bei den aufgrund des geringen Innenwiderstands bevorzugenden N-Kanal-MOSFETs handelt es sich immer um selbstsperrende Typen. Dies gilt auch für P-Kanal-Leistungs-MOSFET.
Insbesondere aus Sicherheitsgründen ist es jedoch notwendig, dass bestimmte Schaltungszustände vorliegen, wenn die Bordelektronik des Fahrzeugs ausgeschaltet ist. Um diese gewünschten Schaltzustände einzustellen, beispielsweise einen leitenden Schaltzustand, ist es bei abgeschaltetem Bordnetz notwendig, eine Steuerspannung durchgehend an den Leistungshalbleiter anzulegen. Die Aufrechterhaltung des Schaltzustands führt zu einem Stromverbrauch, der bei abgeschaltetem Fahrzeug zur Entladung der Energiespeicher führt.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit aufzuzeigen, mit der sich Ströme innerhalb von Fahrzeugbordnetzen zuverlässig und insbesondere gemäß einem frei wählbaren, gewünschten Schaltzustand schalten lassen.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Spezifische Ausführungsformen ergeben sich aus den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung ermöglicht, dass keine Spannungsversorgung notwendig ist, wodurch die Gefahr der vollständigen Entladung der Batterien über einen Zeitraum ausgeschlossen ist. Auch durch diesen Aspekt wird die Zuverlässigkeit erhöht. Insbesondere ist keine Spannungsversorgung notwendig, um die Leistungsschalter verlässlich in einem definierten Zustand zu halten. Dadurch können auch Einzelfehler insbesondere in Bezug auf die Spannungsversorgung der Ansteuerschaltung der Leistungsschalter kompensiert werden. Ferner kann die Erfindung mit bekannten Mitteln umgesetzt werden, wobei sich nur geringfügige Modifikationen gegenüber bekannten Herstellungsprozessen ergeben. Neben dieser vereinfachten Herstellung bietet die Erfindung die Möglichkeit, auch sehr hohe Ströme zuverlässig und ohne Verschleiß zu schalten, wobei die hohe Anzahl der ermöglichten Schaltzyklen eine Anwendung für Fahrzeuge mit Start-/Stoppautomatik ermöglicht. Da kein mechanischer Verschleiß anfällt, wird durch die erfindungsgemäße Herangehensweise der Schaltprozess immer verlässlich ausgeführt. Schließlich lässt sich die erfindungsgemäße Lösung ohne weiteres in bereits bestehende Systeme integrieren, insbesondere durch Austausch einzelner Elemente in bereits vorhandenen Systemen.
Dem hier beschriebenen Gegenstand liegt das Konzept zugrunde, dass ein Leistungsfeldeffektor verwendet wird, der neben einer Steuergate-Elektrode eine Floatinggate-Elektrode aufweist, mit der sich der Schaltzustand des Leistungsfeldeffekttransistors bei fehlender Ansteuerung der Steuergate-Elektrode definieren lässt. Insbesondere kann mittels der Floatinggate-Elektrode der gewünschte Zustand frei gewählt werden. Anstatt einer kontinuierlichen Versorgung der Steuergate-Elektrode mit einem gewünschten Steuersignal ist es daher möglich, die Floatinggate-Elektrode mit einer Ladung aufzuladen, die den gewünschten Schaltzustand entspricht, so dass der Leistungsfeldeffekttransistor kein kontinuierliches Steuersignal erfordert, um einen definierten Schaltzustand zu haben. Insbesondere kann durch die Floatinggate-Elektrode mittels eines einfachen Auf- oder Entladeprozesses eingestellt werden, ob der Leistungsfeldeffekttransistor als selbstsperrend oder selbstleitend ist. Diese Eigenschaft ist nicht herstellungsbedingt, sondern kann frei modifiziert und durch einfache Signalansteuerung eingestellt werden. Der Schaltzustand wird durch das Potential der Floatinggate-Elektrode definiert, welche mit der Ladung auf der Floatinggate-Elektrode verknüpft ist. Die Floatinggate-Elektrode ist eingerichtet, die Ladung zu speichern. Die Floatinggate-Elektrode ist von einem Isolationsbereich umgeben. Dadurch verbleibt die Ladung auf der Floatinggate-Elektrode und der so definierte Schaltzustand bleibt auch ohne durchgehende Signalzuführung bestehen.
Anstatt eines kontinuierlichen Steuersignals definiert daher die kontinuierlich vorhandene Ladung auf der Floatinggate-Elektrode den Schaltzustand des Leistungsfeldeffekttransistors. Der gewünschte Schaltzustand wird auf der Floatinggate-Elektrode gespeichert und bleibt dort wirksam bestehen, ohne dass eine Ansteuerelektronik notwendig wäre, die kontinuierlich ein Ansteuersignal erzeugt.
Der Aufbau des hier beschriebenen Leistungsfeldeffekttransistors ähnelt dem Aufbau eines FGMOS-Transistors (Floating Gate Metal Oxide Semiconductor – Transistor) eines Flash-Speichers, wobei FGMOS-Strukturen stark miniaturisiert und hoch integriert für Speicher- und Filteranwendungen ohne nennenswerten Stromfluss verwendet werden.
Insbesondere die Anordnung der Floatinggate-Elektrode – etwa gegenüber dem Kanalbereich bzw. gegenüber Steuergate-Elektrode der hier beschriebenen Struktur ähnelt der Anordnung des Floatinggates eines FGMOS. Beispielsweise Größe, Struktur und Aufbau des Source – und Drain-Bereichs und insbesondere des Kanalbereichs entsprechen der Struktur und den Aufbau eines Leistungsfeldeffekttransistors. Die hier beschriebene Struktur sieht vor, dass die Abmessungen der Floatinggate-Elektrode der hier beschriebenen Struktur an die Strukturkomponenten eines Leistungsfeldeffekttransistors angepasst sind.
Es wird daher ein Leistungsfeldeffekttransistor beschrieben, der einen Source-Bereich, einen Drain-Bereich und einen Kanalbereich aufweist. Der Leistungsfeldeffekttransistor, der auch als Leistungs-FET bezeichnet wird, verfügt ferner über eine Steuergate-Elektrode und über einen Isolationsbereich. Der Kanalbereich erstreckt sich zwischen dem Source-Bereich und dem Drain-Bereich. Insbesondere erstreckt sich der Kanalbereich von dem Source-Bereich bis zu dem Drain-Bereich. Der Isolationsbereich erstreckt sich zwischen der Steuergate-Elektrode und dem Kanalbereich. Insbesondere erstreckt sich der Isolationsbereich von der Steuergate-Elektrode bis zu dem Kanalbereich. Vorzugsweise erstreckt sich die Steuergate-Elektrode im Wesentlichen entlang des gesamten Kanalbereichs und oberhalb des Kanalbereichs.
Der Leistungs-FET umfasst ferner eine Floatinggate-Elektrode. Die Floatinggate-Elektrode erstreckt sich zwischen dem Kanalbereich und der Steuergate-Elektrode, insbesondere von dem Kanalbereich bis zu der Steuergate-Elektrode. Vorzugsweise erstreckt sich die Floatinggate-Elektrode im Wesentlichen entlang der Steuergate-Elektrode und insbesondere zumindest teilweise oder vollständig entlang des Kanalbereichs. Die Floatinggate-Elektrode liegt zwischen der Steuergate-Elektrode und dem Kanalbereich. Der Isolationsbereich isoliert die Floatinggate-Elektrode von dem Kanalbereich. Der Isolationsbereich isoliert ferner den Source-Bereich von der Floatinggate-Elektrode. Dadurch kann die Floatinggate-Elektrode ein statisches Feld gegenüber dem Kanalbereich aufweisen, welches aufgrund des Isolationsbereichs zeitlich im Wesentlichen konstant ist. Die Floatinggate-Elektrode erstreckt sich vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum Kanalbereich.
Die Steuergate-Elektrode erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu dem Kanalbereich und auch im Wesentlichen parallel zur Steuergate-Elektrode. Der Isolationsbereich und insbesondere der Abschnitt des Isolationsbereichs, der sich zwischen der Floatinggate-Elektrode und dem Kanalbereich erstreckt, weist vorzugsweise eine hohe elektrische Permittivität auf, insbesondere eine Dielektrizitätskonstante von 4 oder mehr, vorzugsweise von mindestens 10, 15, 20 oder mindestens 100. Die Floatinggate-Elektrode erstreckt sich zumindest entlang eines Abschnitts des Kanalbereichs, vorzugsweise im Wesentlichen parallel hierzu.
Der Source-Bereich, der Drain-Bereich und der Kanalbereich sind vorzugsweise im selben Substrat vorgesehen. Der Source-Bereich und der Drain-Bereich sind jeweils dotierte Bereiche innerhalb des Substrats. Ferner ist der Kanalbereich ein dotierter Bereich innerhalb des Substrats. Die Dotierungskonzentration innerhalb des Source-Bereichs und des Drain-Bereichs ist relativ hoch, insbesondere höher als der Dotierungsgrad im Kanalbereich. Die Dotierungskonzentration ist derart vorgesehen, dass der Source-Bereich und der Drain-Bereich leitend sind, vorzugsweise mit einem spezifischen Widerstand von weniger als 100 Ohm mm²/m, besonders bevorzugt weniger als 10 oder 1 Ohm mm²/m.
Der Source-Bereich und der Drain-Bereich weisen die gleiche Dotierungsart auf, nämlich p- oder n-Dotierung, während der Isolationsbereich eine Dotierungsart aufweist, die der Dotierungsart und des Source- und Drain-Bereichs entgegengesetzt ist. Der Isolationsbereich basiert vorzugsweise auf dem gleichen Material wie das Substrat und wird beispielsweise durch Oxidierung elektrisch isolierend vorgesehen. Die Floatinggate-Elektrode wird vorzugsweise durch Dotierung elektrisch leitend vorgesehen, beispielsweise durch eine Dotierung mit einer Dotierungskonzentration, wie sie für den Source- oder Drain-Bereich verwendet wird. Die Floatinggate-Elektrode kann auf dem gleichen Material basieren wie das Substrat. Die Steuergate-Elektrode kann elektrisch leitend vorgesehen werden durch starke Dotierung, insbesondere durch eine Dotierungskonzentration wie die Floatinggate-Elektrode. Insbesondere kann die Steuergate-Elektrode auf dem gleichen Material basieren wie das Substrat.
Die Steuergate-Elektrode, der Isolationsbereich und die Floatinggate-Elektrode können sich ferner über Randabschnitte des Source- und/oder Drain-Bereichs erstrecken. Vorzugsweise erstrecken sich jedoch weder Isolationsbereich, Steuergate-Elektrode noch Floatinggate-Elektrode vollständig über den Source- oder Drain-Bereich, um eine Kontaktierungsfläche für den Source- und Drain-Bereich zu ermöglichen.
Weiterhin können nur der Source- und Drain-Bereich sowie der Kanalbereich durch das gleiche Substrat vorgesehen sein. Die Floatinggate-Elektrode oder die Steuergate-Elektrode können als Metallisierungsfläche vorgesehen sein oder durch Dotierung in einem Substrat vorgesehen sein. Der Isolationsbereich kann einteilig mit der Floatinggate-Elektrode und/oder der Steuergate-Elektrode ausgeführt sein. Weitere Ausführungsformen sehen vor, dass der Abschnitt des Isolationsbereichs zwischen der Floatinggate-Elektrode und dem Kanalbereich durch eine körperlich eigenständige Isolationsschicht vorgesehen ist, die insbesondere aus einem anderen Material gestaltet ist, wie das Substrat oder wie der Abschnitt des Isolationsbereich zwischen Steuergate-Elektrode und Floatinggate-Elektrode.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Kanalbereich des Leistungs-FETs Abmessungen aufweist, die den Leistungs-FET für Ströme von mindestens 1 Ampere, 5 Ampere oder 10 Ampere und vorzugsweise mindestens 50 Ampere, 100 Ampere oder 200 Ampere vorsehen. Diese Ströme betreffen ein Stromfluss zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich, insbesondere Dauerströme oder Spitzenströme. Der Kanalbereich weist eine Fläche von mindestens einem Quadratmillimeter, mindestens 5 Quadratmillimeter, mindestens 20 Quadratmillimeter oder mindestens 50 Quadratmillimeter auf. Die Tiefe des Kanalbereichs und/oder des Source- und Drain-Bereichs beträgt mindestens 0,2 mm vorzugsweise 0,5 mm oder insbesondere mindestens 1 mm oder 2 mm.
Die Abmessungen sowie die Dotierung des Kanalbereichs sieht den Leistungs-FET mit einer Durchbruchspannung zwischen Source-Bereich und Drain-Bereich von mindestens 25 Volt, vorzugsweise mindestens 40, 50, 80 oder 100 Volt vor. Die Strukturmerkmale des Leistungs-FETs, insbesondere die Strukturmerkmale des Kanalbereichs, sehen den Leistungs-FETs mit einer maximalen Leistungsaufnahme von mindestens 1 Watt, 10 Watt oder vorzugsweise mindestens 20, 50 oder 100 Watt vor. Der Kanalbereich und insbesondere die Source- und Drain-Bereiche sehen den Leistungs-FET durch ihre Abmessungen, Materialeigenschaften und insbesondere Dotierungen mit einem Drain-Source-Widerstand (d. h. der Widerstand zwischen dem Source- und dem Drain-Bereich im AN-Schaltzustand) für nicht mehr als 1 Ohm, 100 mOhm, 10 mOhm und vorzugsweise von nicht mehr als 1 mOhm oder 0,5 mOhm vor.
Weiterhin kann die Floatinggate-Elektrode einteilig ausgeführt sein. Alternativ ist die Floatinggate-Elektrode durch elektrisch verbundene Elektrodenabschnitte vorgesehen. Im letzteren Fall ist die gesamte Floatinggate-Elektrode in mehrere Elektrodenabschnitte unterteilt. Die elektrische Verbindung zwischen den Elektrodenabschnitten kann insbesondere über individuelle Leitungen vorgesehen werden, die jeweils mit den Elektrodenabschnitten verbunden sind. Dadurch lassen sich einzelne Elektrodenabschnitte individuell miteinander verbinden, je nach externer Beschaltung des Leistungs-FETs. Die Elektrodenabschnitte reihen sich vorzugsweise im Wesentlichen entlang einer Ebene aneinander. Zwischen den Elektrodenabschnitten sind Abschnitte des Isolationsbereichs. Die einzelnen Elektrodenabschnitte können auch jeweils als Floatinggate-Elektroden angesehen werden, so dass der Leistungs-FET mehrere Floatinggate-Elektroden aufweist, die vorzugsweise nebeneinander liegen.
Die Floatinggate-Elektrode ist auf der zum Kanalbereich weisenden Seite sowie auf der zur Steuergate-Elektrode weisenden Seite von dem Isolationsbereich umgeben. Ferner sind alle Kanten, insbesondere Außenkanten, der Floatinggate-Elektrode von dem Isolationsbereich umgeben. Der Abschnitt des Isolationsbereichs, der sich von der Floatinggate-Elektrode bis zum Kanalbereich erstreckt weist eine Dicke sowie Materialeigenschaften auf, die das Tunneln von Ladungsträgern zwischen der Floatinggate-Elektrode und dem Kanalbereich ermöglichen. Eine derartige Dicke beträgt typischerweise 10 bis 100 Angström, beispielsweise etwa 20 oder 30 Angström. Andere Ausführungsformen sehen für den Abschnitt des Isolationsbereichs zwischen Floatinggate-Elektrode und Kanalbereich eine Dicke von mindestens 10 nm, mindestens 100 nm und bevorzugt von mindestens 1µm oder 10 µm vor.
Es ist vorgesehen, dass der Abschnitt des Isolationsbereichs zwischen der Floatinggate-Elektrode und der Steuergate-Elektrode ausgestaltet ist, um das Einbringen und Entfernen von auf der Floatinggate-Elektrode vorgesehenen Ladung mittels der Steuergate-Elektrode zu ermöglichen. Der Abschnitt des Isolationsbereichs zwischen der Floatinggate-Elektrode und der Steuergate-Elektrode, die Steuergate-Elektrode und die Floatinggate-Elektrode sind ausgestaltet, um einen Ladungsübertrag zwischen der Steuergate-Elektrode und der Floatinggate-Elektrode für den Fall zu ermöglichen, dass an der Steuergate-Elektrode eine Programmierspannung anliegt. Die Ausgestaltung sieht vor, den Abstand zwischen Steuergate-Elektrode und Floatinggate-Elektrode derart zu wählen, dass bei Anlegen der Programmierspannung mittels Tunneleffekt oder Feldemission Ladung von der Steuergate-Elektrode zur Floatinggate-Elektrode oder Ladung von der Floatinggate-Elektrode zur Steuergate-Elektrode fließt. Dadurch kann das Potential der Floatinggate-Elektrode eingestellt werden auf Potentiale, die unterschiedliche Schaltzustände des Leistungs-FETs zu Folge haben.
Alternativ kann zur Definition der Ladung auf der Floatinggate-Elektrode ultraviolettes Licht verwendet werden. Hierzu weist der Leistungs-FET ein für UV-Licht transparentes Fenster auf, um eine Ionisierung innerhalb des Isolationsbereichs durch eingestrahltes ultraviolettes Licht zu ermöglichen. Zur Realisierung des Fensters zur Bestrahlung mit UV-Licht können Strukturelemente verwendet werden, wie sie von EPROMS bekannt sind. Weiterhin können Strukturen zur Definition der Ladung auf der Floatinggate-Elektrode verwendet werden, wie sie von EEPROMS bekannt sind.
Der Leistungs-FET ist insbesondere als N-Kanal-Leistungs-FET ausgeführt. Derartige Transistoren haben eine große Stromtragfähigkeit und weisen einen sehr geringen Source-Drain-Widerstand auf. Der Leistungs-FET ist vorzugsweise als Metalloxidschicht-Feldeffekttransistor (MOSFET) ausgestaltet.
Der Leistungs-FET wird vorzugsweise als diskretes Leistungsbauelement ausgeführt. Ferner kann der Leistungs-FET als Leistungsbauelement ausgeführt sein, in dem eine Treiberschaltung integriert ist. Es können ein oder mehrere Leistungs-FETs in einem Gehäuse untergebracht sein, vorzugsweise jedoch mit einer Anzahl von nicht mehr als 20, 10, 8, 4 oder 2. In einer spezifischen Ausführungsform sind zwei Leistungs-FETs in einem Gehäuse vorgesehen. Die Leistungs-FETs innerhalb des Gehäuses können parallel oder antiparallel geschaltet sein.
Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Leistungs-FET mit einer Kühlfläche verbunden. Der Leistungs-FET kann mit nur einem Abschnitt der Kühlfläche verbunden sein, wobei mindestens ein weiterer Leistungs-FET ebenso mit der Kühlfläche verbunden ist. Die Kühlfläche kann Teil eines Gehäuses sein, in dem der Leistungs-FET (oder mehrere Leistungs-FETs) untergebracht sind. Der Leistungs-FET kann mittels eines Chips vorgesehen sein, der auf der Kühlfläche befestigt ist, insbesondere durch Bonden oder Kleben oder mittels eines Presssitzes oder durch eine Einkapselung des Chips („Die“) auf der wärmeableitenden Fläche. Die Kühlfläche kann eine Metallfläche sein, beispielsweise ein Metallblech oder eine Platte aus wärmeleitendem Material, beispielsweise wärmeleitende Keramikplatten oder Kunststoffplatten. Es können Kühlflächen aus der Leistungselektronik verwendet werden sowie die Verbindungstechniken zum Verbinden von Chip und Kühlfläche, wie sie aus der Leistungselektronik bekannt sind. Ferner kann anstatt oder in Kombination mit der Kühlfläche eine Kühlfahne vorgesehen sein, die von dem Gehäuse hervorsteht, um eine bessere Anbindung an eine Wärmesenke zu ermöglichen.
Der Leistungs-FET oder mehrere Leistungs-FETs können in einem Gehäuse angeordnet sein, welches gemäß einem Standard für Gehäuseabmessungen ausgebildet ist, beispielsweise ein TO-220-Gehäuse, ein D2PAK-Gehäuse oder ein Gehäuse der Form PO-264, TO-3, SOT-420, TO-218 oder vergleichbare Gehäuseformen gemäß dem JEDEK-, JEITA-, SEMTEC oder ECMA-Standard für Leistungsbauelemente.
Der Leistungs-FET kann ferner Source- und Drain-Anschlüsse aufweisen, die für Dauer- oder Spitzenströme von mehr als 1 Ampere, 5 Ampere oder 10 Ampere und vorzugsweise mehr als 10, 100 oder 200 Ampere ausgelegt sind. Die Anschlüsse weisen einen Querschnitt von vorzugsweise 0,3 Quadratmillimeter, 0,5 Quadratmillimeter, 1 Quadratmillimeter, 5 Quadratmillimeter oder mindestens 10 Quadratmillimeter auf. Die Anschlüsse können gemäß den oben genannten Standards ausgeführt sein. Der Leistungs-FET kann ferner das Gehäuse und die Anschlüsse umfassen. Ferner kann das Leistungsbauelement, welches mindestens einen Leistungs-FET umfasst, die Kühlfläche und/oder die Anschlüsse umfassen. Die Source- und Drain-Anschlüsse können aus metallischem Werkstoff sein.
Der Source- oder der Drain-Anschluss kann in direkter Weise mit der Kühlfläche elektrisch verbunden sein. Der Source- oder der Drain-Anschluss wird dann von der Kühlfläche ausgebildet bzw. von einer Platte oder einem Blech, das die Kühlfläche bildet. Aufgrund der großen Fläche bildet dann die Kühlfläche einen elektrischen Kontakt mit großem Leitungsquerschnitt eingerichtet zur Übertragung der oben genannten Stromstärken.
Alternativ kann die Kühlfläche gegenüber den Halbleiterkomponenten und insbesondere gegenüber den Source- oder Drain-Anschlüssen elektrisch isoliert sein, beispielsweise mittels einer wärmeleitenden Isolierschicht zwischen dem Chip, der das Substrat ausbildet, und der Kühlfläche.
Ferner wird eine elektronische Schaltvorrichtung beschrieben, die zur Steuerung von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantrieb eines Kraftfahrzeugs eingerichtet ist. Die elektronische Schaltvorrichtung umfasst Leistungsanschlüsse eingerichtet zur Aufnahme oder Abgabe der Ströme, die von der Schaltvorrichtung geschaltet werden. Die Schaltvorrichtung umfasst ferner mindestens einen Leistungs-FET. Der Leistungs-FET weist Source- und Drain-Anschlüsse auf, die zur Aufnahme oder Abgabe von Strömen eingerichtet sind. Die Anschlüsse sind durch Materialwahl und Abmessungen für die genannten Ströme eingerichtet. Die Source- und Drain-Anschlüsse des Leistungs-FETs sind mit den Leistungsanschlüssen der Schaltvorrichtung verbunden, insbesondere einer der Anschlüsse mit den Leistungsanschlüssen verbunden. Dadurch dient der Leistungs-FET innerhalb der Schaltvorrichtung als Schalter zwischen den Leistungsanschlüssen. Die Source- und Drain-Anschlüsse des Leistungs-FETs sind mit den Source- und Drain-Bereich verbunden. Die Ströme, für deren Steuerung die Schaltvorrichtung eingerichtet ist, sind Dauer- oder Spitzenströme von mindestens 1 Ampere, 5 Ampere oder 10 Ampere und vorzugsweise mindestens 50 Ampere, 100 Ampere oder 200 Ampere. Insbesondere ist die Schaltvorrichtung für Spitzenströme von mindestens 10, 50, 100 oder 200 Ampere oder für Dauerströme von mindestens 10, 20, 50 oder 100 Ampere ausgelegt. Vorzugsweise ist der hier beschriebene Leistungs-FET ebenso für die genannten Spitzenströme oder Dauerströme ausgelegt.
Die Verwendung des Leistungs-FETs innerhalb von Fahrzeugen bietet die Möglichkeit, dass ein Schaltzustand aus Sicherheitsgründen auch bei abgeschaltetem Fahrzeug bestehen bleibt. Der hier beschriebene Leistungs-FET ermöglicht eine präzise Definition des Schaltzustands, um zu jeder Zeit einen bestimmten Strompfad zu ermöglichen oder zu unterbinden, während keine dauerhafte Versorgungsspannung hierzu notwendig wäre. Dies ist insbesondere bei Fahrzeugen relevant, da diese eine autarke elektrische Energieversorgung aufweisen müssen.
Das hier beschriebene Konzept wird ferner realisiert mittels der Verwendung des hier beschriebenen Leistungs-FETs zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes. Ferner kann der hier verwendete Leistungs-FET zum Schalten von Strömen eines Elektro- oder Hybridantriebs des Kraftfahrzeugs verwendet werden.
Insbesondere wird hier eine Verwendung des Leistungs-FETs zum Schalten von Strömen beschreiben, wobei die Floatinggate-Elektrode zum Einstellen eines vorbestimmten Schaltzustands des Leistungs-FETs verwendet wird, insbesondere bei spannungslosem Zustand der Steuergate-Elektrode. Diese Verwendung ermöglicht einen sicheren und verlässlichen gewünschten Schaltzustand, ohne dass kontinuierlich ein Steuersignal erzeugt werden muss. Dies wird erreicht, in dem die Floatinggate-Elektrode mit einer Ladung gemäß dem vorbestimmten Schaltzustand aufgeladen wird. Insbesondere erhält dadurch die Floatinggate-Elektrode ein Potential gegenüber dem Kanalbereich bzw. gegenüber dem Source- und/oder dem Drain-Bereich, mit der die erwünschte Leitfähigkeit innerhalb des Kanalbereichs erzeugt wird. Die Floatinggate-Elektrode erzeugt somit ein statisches elektrisches Feld, welches die Anzahl der freien Ladungsträger in dem Kanalbereich definiert, wodurch sich unmittelbar der gewünschte Schaltzustand zwischen Source- und Drain-Bereich ergibt.
Schließlich wird ein Verfahren beschrieben zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs. Die Ströme werden von den hier beschriebenen Leistungs-FET oder dem hier beschriebenen Leistungsbauelement oder von der hier beschriebenen Schaltvorrichtung geschaltet. Ein vorbestimmter Schaltzustand bei spannungslosem Zustand der Steuergate-Elektrode wird eingestellt, indem die Floatinggate-Elektrode mit einer Ladung aufgeladen wird, die gemäß dem vorbestimmten Schaltzustand aufgeladen wird. Die Floatinggate-Elektrode wird mit einem Potential aufgeladen, das zu dem vorbestimmter Schaltzustand führt.
Vorzugsweise wird eine Spannung gemäß dem vorbestimmten Schaltzustand an die Floatinggate-Elektrode angelegt, wenn das Kraftfahrzeugbordnetz und/oder der Elektro- oder Hybridantrieb eingeschaltet ist. Dadurch wird die Ladung und somit der Schaltzustand aufgefrischt. Eine derartige Auffrischung kann notwendig sein, wenn seit dem letzten An-Zustand des Bordnetzes oder des Antriebs längere Zeit vergangen ist, in der gegebenenfalls eine Teilladung von der Floatinggate-Elektrode abgeflossen ist. Insbesondere wird der Auffrischprozess ausgeführt, wenn seit dem letzten An-Zustand oder des Antriebs mehr als eine vorbestimmte Zeit vergangen ist. Dies lässt sich beispielsweise mittels eines Timers ermitteln.
Kurzbeschreibung der Figuren
Die 1 ist eine schematische Querschnittansicht eine Ausführungsform des hier beschriebenen Leistungs-FETs.
Die 2 ist eine schematische Querschnittansicht einer weiteren Ausführungsform des hier beschriebenen Leistungs-FETs.
Die 3 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der hier beschriebenen elektronischen Schaltvorrichtung.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines Leistungs-FETs in Querschnittansicht. Die Darstellung ist lediglich schematisch, insbesondere die Abmessungen sind nicht maßstäblich dargestellt. Abschnitte des Isolationsbereichs 50B sind zur besseren Darstellung stark vergrößert.
Der in 1 dargestellte Leistungs-FET 10 umfasst einen Source-Bereich 20 und einen Drain-Bereich 30. Zwischen dem Source-Bereich 20 und dem Drain-Bereich 30 erstreckt sich ein Kanalbereich 40, wobei eine Konzentration der freien Ladungsträger in dem Kanalbereich 40 mittels eines elektrischen Felds modifiziert werden kann. In dem dargestellten Beispiel sind sowohl der Source- als auch der Drain-Bereich n-dotiert, insbesondere mit einer hohen Dotierkonzentration, um den Source- und Drain-Bereich 20, 30 elektrisch leitend vorzusehen. Der Kanalbereich 40 ist p-dotiert. Der Source-Bereich 20 und der Drain-Bereich 30 und der Kanalbereich 40 sind in einem Substrat 80 ausgebildet. Über dem Kanalbereich 40 und über Randabschnitten des Source-Bereichs 20 und des Drain-Bereichs 30 befindet sich ein Isolationsbereich 50a, b. An dem Isolationsbereich 50a, b grenzt eine Steuergate-Elektrode 60 an. Diese ist im Wesentlichen aus elektrisch leitendem Material, insbesondere aus einem Metall, einer Metalllegierung, oder ist aus einem stark dotierten Halbleiter.
Um bei fehlenden Ansteuersignal der Steuergate-Elektrode 60 einem gewünschten bzw. definierten Schaltzustands zu erreichen, der durch die modifizierbare Leitfähigkeit des Kanalbereichs 40 definiert ist, ist eine Floatinggate-Elektrode 70 vorgesehen. Diese befindet sich in dem Isolationsbereich 50a, b. Die Floatinggate-Elektrode 70 befindet sich ferner zwischen dem Kanalbereich 40 und der Steuergate-Elektrode 60. Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Ladung auf der Floatinggate-Elektrode 70 die Konzentration der freien Ladungsträger innerhalb des Kanalbereichs 40 definiert. Dadurch kann anhand der Ladung auf der Floatinggate-Elektrode der Leitungszustand zwischen dem Source-Bereich 20 und dem Drain-Bereich 30 eingestellt werden.
Das Substrat 80, in dem der Source-Bereich 20, der Drain-Bereich 30 und der Kanalbereich 40 ausgebildet sind, ist vorzugsweise als Halbleitermaterial ausgebildet. Insbesondere der Kanalbereich 40 ist aus einem Halbleitermaterial ausgebildet, um so die Leitfähigkeit anhand elektrostatischer Beeinflussung modifizieren zu können. Der Isolationsbereich 50a, b ist aus einem elektroisolierenden Werkstoff, beispielsweise aus einem Oxid des Halbleitermaterials, welches das Substrat 80 bzw. den Kanalbereich 40 bildet. Auch die Floatinggate-Elektrode kann aus dem Halbleitermaterial vorgesehen sein, wobei jedoch die Floatinggate-Elektrode jedoch durch starke Reduzierung als leitendes Material vorgesehen wird. In gleicher Weise sind der Source- und der Drain-Bereich 20, 30 aus dem Halbleitermaterial ausgebildet, jedoch durch Dotierung stark leitend ausgebildet. Der Source-Bereich 20 und der Drain-Bereich 30 weisen jeweils Kontaktierungsflächen auf, die nicht von dem Isolationsbereich belegt sind, um eine äußere Kontaktierung, etwa durch Bonding zu ermöglichen. Die Kontaktierungsflächen sind für elektrische Anschlüsse ausgebildet. Ferner sind vorzugsweise elektrische Anschlüsse für die Floatinggate-Elektrode 70 und für die Steuergate-Elektrode 60 vorgesehen. Etwaige Leitungen, die diese Anschlüsse realisieren, sind in der 1 und auch in der 2 zur besseren Darstellung nicht eingezeichnet.
Die Floatinggate-Elektrode 70 teilt den Isolationsbereich 50a, b in einen oberen Abschnitt 50a und einen unteren Abschnitt 50b. Die Angaben „oberer“ und „unterer“ sind Relativangaben und beziehen sich auf die Floatinggate-Elektrode 70, wobei die maßgebliche Richtung dieser Relativangaben von der Floatinggate-Elektrode 70 zur Steuergate-Elektrode 60 weist.
Der obere Abschnitt 50a befindet sich auf der Seite der Floatinggate-Elektrode 70, die der Steuergate-Elektrode 60 zugewandt ist. Der untere Abschnitt 50b befindet sich auf der Seite der Floatinggate-Elektrode 70, die dem Source- und den Drain-Bereich 20, 30 sowie insbesondere dem Kanalbereich 40 zugewandt ist. Der Isolationsbereich 50a, b erstreckt sich ferner entlang den Außenkanten der Steuergate-Elektrode 60. Der untere Abschnitt des Isolationsbereichs 50b ist vorzugsweise dünner als der obere Abschnitt des Isolationsbereichs 50a ausgebildet, wobei dies in 1 aufgrund der schematischen Darstellung nicht wiedergegeben ist. Der untere Abschnitt 50 des Isolationsbereichs 50b kann insbesondere eine Dicke aufweisen, die einen Fluss von Ladung zwischen der Floatinggate-Elektrode 70 und dem Kanalbereich 40 durch Tunneln oder durch Feldemission ermöglicht. In den Leistungs-FET 10 der 1 ist die Floatinggate-Elektrode 70 als eine zusammengehörige, einteilige leitende Fläche dargestellt.
In der 2 ist eine weitere Ausführungsform des hier beschriebenen Leistungs-FETs 110 dargestellt. Der Leistungs-FET 110 der 2 erfasst einen Source-Bereich 120, einen Drain-Bereich 130, einen Kanalbereich 140, der sich zwischen dem Source-Bereich 120 und dem Drain-Bereich 130 erstreckt, sowie eine Steuergate-Elektrode 150 und einen Isolationsbereich 150a, b, der sich zwischen der Steuergate-Elektrode 160 und dem Kanalbereich 140 erstreckt. Diese genannten Komponenten der in 2 dargestellten Ausführungsform entsprechen den Komponenten 10–60 der 1.
Der in 2 dargestellte Leistungs-FET 110 umfasst ferner eine Floatinggate-Elektrode 170a, 170b. Diese befindet sich innerhalb des Isolationsbereich 150a, b und somit zwischen dem Kanalbereich 140 und der Steuergate-Elektrode 160. Im Gegensatz der in 1 dargestellten Ausführungsform ist die Floatinggate-Elektrode 170 der 2 in Abschnitte 170a, 170b aufgeteilt. Diese sind jeweils elektrisch leitend, jedoch nicht unmittelbar miteinander elektrisch verbunden. Zwischen den Abschnitten der Floatinggate-Elektrode 170a, 170b erstreckt sich ein Abschnitt des Isolationsbereichs 150a, 150b. Die in 2 dargestellte Anzahl der Abschnitte der Floatinggate-Elektrode 170a, 170b ist lediglich beispielhaft, es können auch mehr als zwei Abschnitte vorgesehen sein, insbesondere 3, 5, 8, 10 oder mehr als 10. Die einzelnen Abschnitte 170a können jeweils einen individuellen Anschluss aufweisen in Form einer Leitung, die sich durch den Isolationsbereich 150a, b erstreckt.
Die Unterteilung der Floatinggate-Elektrode 170a, b in mehrere Abschnitte ermöglicht es, dass die Floatinggate-Elektrode ihre Funktion aufrecht erhalten kann, wenn ein Abschnitt oder nur ein Teil aller Abschnitte der Floatinggate-Elektrode 170a, 170b fehlerhaft ist. Ist beispielsweise nur einer der Abschnitte der Floatinggate-Elektrode 170a, 170b defekt und verliert unbeabsichtigt die darauf gespeicherte Ladung, dann können die anderen, verbleibenden Abschnitte der Floatinggate-Elektrode 170a, 170b die gewünschte Funktion aufrecht erhalten und in dem Kanalbereich 140 die gewünschte Konstellation freier Ladungsträger einstellen, um dadurch den gewünschten Schaltzustand zwischen Source- und Drain-Bereich 120, 130 zu definieren.
Die 3 zeigt eine elektronische Schaltvorrichtung 200, die zur Steuerung von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeuges eingerichtet ist. Die Schaltvorrichtung 200 umfasst ein elektronisches Leitungsbauelement 214. Dieses umfasst zwei Leitungstransistorstrukturen 210, 212, die den hier beschriebenen Aufbau eines Leistungs-FETs aufweisen. Die Leistungstransistorstrukturen 210, 212 sind zueinander parallel geschaltet. Daher sind die Source-, Drain-, Steuergate- und Floatinggate-Anschlüsse der Leistungstransistorstrukturen 210, 212 parallel zueinander geschaltet. Die parallel geschalteten Steuergate-Anschlüsse und Floatinggate-Anschlüsse sind mit einer Treiberschaltung 262 verbunden.
Die elektronische Schaltvorrichtung weist Leistungsanschlüsse 202, 204 auf, die (anhand der Materialwahl und dem Leitungsquerschnitt) für Stromstärken ausgelegt sind, wie sie in Kraftfahrzeugbordnetzen und Elektro- oder Hybridantrieben von Kraftfahrzeugen auftreten. Insbesondere sind die Leistungsanschlüsse für die oben genannten Dauer- und Spitzenströme ausgelegt. Das elektronische Leistungsbauelement 214 weist (kombinierte) Source- und Drain-Anschlüsse 220, 222 auf. Der Source-Anschluss 220 ist unmittelbar mit dem Leistungsanschluss 202 der elektronischen Schaltvorrichtung 200 verbunden. Diese Verbindung kann auch ein Sicherungselement umfassen, beispielsweise eine Schmelzsicherung. Der Drain-Anschluss 222 ist über eine elektrische Leistungsschaltung 208 mit dem Leistungsanschluss 204 verbunden. Die Leistungsschaltung 208 kann auch weggelassen werden, wobei dann der Drain-Anschluss 222 direkt mit dem Leistungsanschluss 204 verbunden ist.
Das elektronische Leistungsbauelement 214 weist ferner einen Treiber 263 auf, der über eine Signalleitung mit einer Steuerschaltung 264 der Schaltvorrichtung 200 mit einem Steueranschluss 206 der Schaltvorrichtung verbunden ist. Über den Steueranschluss 206 lässt sich der Schaltzustand des elektronischen Leistungsbauelements 214 und insbesondere der Leistungstransistorstrukturen 210, 212 einstellen.
Die Funktion des integrierten elektronischen Leistungsbauelements 214 entspricht der Funktion des hier beschriebenen Leistungs-FETs 10. Eine alternative Ausführungsform sieht daher vor, dass das Leistungsbauelement 214 keine eigene Treiberschaltung 262 umfasst, sondern lediglich ein oder mehrere Leistungstransistorstrukturen 210. In diesem Fall kann das mit 214 bezeichnete Element auch als Leistungs-FET bezeichnet werden. Auch wenn ein derartiger Leistungs-FET mehrere Leistungstransistorstrukturen umfasst, weist er sämtliche Funktionen und Eigenschaften eines Leistungs-FETs auf, so dass hinsichtlich der Terminologie nicht zwischen einem einzelnen Leistungs-FET und mehreren, parallel geschalteten Leistungstransistorstrukturen unterschieden wird, da diese alle das gleiche Anschlussverhalten aufweisen.
Der Leistungs-FET bzw. das Leistungsbauelement 214 der 3 ist ferner in einem Gehäuse vorgesehen, dass schematisch mit einem Rechteck wiedergegeben ist, auf welches das Bezugszeichen 214 weist. In dem Gehäuse sind ferner Kühlelemente 292, 294 vorgesehen, etwa in Form von Blechen, insbesondere Stanzblechen, auf denen jeweils eine Leistungstransistorstruktur aufgebracht ist. Insbesondere tragen die Kühlelemente 292, 294 jeweils einen Halbleiterchip, der zumindest Abschnitte der Leistungstransistorstruktur oder zumindest das Substrat realisiert. Ferner ist eine Kühlfläche 298 vorgesehen, die die Wärme von den Kühlelementen 292 und 294 weiterleitet und nach außen abgibt. Zum besseren Verständnis sind lediglich Pfeile 296 und 296‘ dargestellt, die den Verlauf des Wärmetransports wiedergeben. Die Kühlelemente 292, 294 sind wärmeübertragend mit der Kühlfläche 298 verbunden, beispielsweise durch einteilige Ausführung oder durch einen vorzugsweise flächigen körperlichen Kontakt. In einer einfachen Ausführungsform bildet ein Kühlelement 292 selbst auch die Kühlfläche. Hierbei ist (mindestens) ein Chip, der zumindest Teile der Leistungstransistorstruktur vorsieht, auf einem Blech vorgesehen, welches gleichzeitig die Kühlfläche aufweist. Wie dargestellt, kann die Kühlfläche 298 sich am Rand des Gehäuses des Leistungsbauelements erstrecken oder zumindest teilweise in dieses hineinragen. Die Kühlfläche 298 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des Gehäuses. Ferner kann die Kühlfläche teilweise aus dem Gehäuse herausragen oder mit diesem bündig abschließen.
Die elektronische Schaltvorrichtung kann ferner ein weiteres Gehäuse aufweisen, welches das Gehäuse des Leistungsbauelements bzw. des Leistungs-FETs umschließt. Das Gehäuse der Schaltvorrichtung 200 kann einen Wärmedurchgang aufweisen, beispielsweise in Form von Kühlschlitzen, durch die hindurch gemäß Pfeil 196‘ Wärme transportiert wird. Ferner kann das Gehäuse der Schaltvorrichtung 200 einen Wärmeleiter aufweisen, der das Innere des Gehäuses der Schaltvorrichtung 200 mit dem Außenraum verbindet. Insbesondere kann die Schaltvorrichtung und/oder das Leistungsbauelement mit einem Kühlkörper verbunden sein, der sich an der Außenseite der Schaltvorrichtung bzw. des Leistungsbauelements befindet.
Bezugszeichenliste

10, 110: Leistungsfeldtransistor
20, 120: Source-Bereich
30, 130: Drain-Bereich
40, 140: Kanalbereich
50a, b, 150a, b: Isolationsbereich
60, 160: Steuergate-Elektrode
70, 170a, b: Floatinggate-Elektrode
80, 180: Halbleitersubstrat
200: Elektronische Schaltvorrichtung
202, 204: Leistungsanschlüsse
206: Steueranschluss
210, 212: Leistungstransistorstruktur
214: Leistungsfeldeffekttransistor bzw. elektronisches Leistungsbauelement
220, 222: Source- und Drain-Anschlüsse des Leistungsfeldeffekttransistors
208: Leistungsschaltung
262: Treiberschaltung des Leistungsfeldeffekttransistors bzw. des Leistungsbauelements
264: Steuerschaltung der Schaltvorrichtung
292, 294: Kühlelement
298: Kühlfläche des Leistungsfeldeffekttransistors bzw. des Leistungsbauelements
296, 296‘: Pfeile zur Darstellung des Wärmetransports

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4442867 A1 [0002]

Claims

Leistungsfeldeffekttransistor (10) mit einem Sourcebereich (20), einem Drainbereich (30), einem sich zwischen dem Sourcebereich (20) und dem Drainbereich (30) erstreckenden Kanalbereich (40), einer Steuergate-Elektrode (60) und einem Isolationsbereich (50a, b), der sich zwischen der Steuergate-Elektrode (60) und dem Kanalbereich (40) erstreckt, gekennzeichnet durch eine Floatinggate-Elektrode (70), die sich zwischen dem Kanalbereich (40) und der Steuergate-Elektrode (60) erstreckt.
Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach Anspruch 1, wobei die Abmessungen des Kanalbereichs (40) den Leistungsfeldeffekttransistor (10) für Ströme zwischen dem Sourcebereich (20) und dem Drainbereich (30) von mindestens 1 A, 5 A, 10 A, 50 A oder 100 A vorsehen.
Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Floatinggate-Elektrode (70) einteilig ausgeführt ist oder durch elektrisch leitende Abschnitte der Floatinggate-Elektrode (170a, b) vorgesehen ist.
Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Floatinggate-Elektrode (70) auf der zum Kanalbereich weisenden Seite, auf der zur Steuergate-Elektrode (60) weisenden Seite, sowie an allen Kanten von dem Isolationsbereich (50a, b) umgeben ist.
Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, der als N-Kanal-Leistungsfeldeffekttransistor ausgeführt ist.
Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach einem der vor angehenden Ansprüche, der als diskretes oder mit einer Treiberschaltung (262) integriertes elektronisches Leistungsbauelement (214) ausgeführt ist und eine Kühlfläche (298) aufweist.
Elektronische Schaltvorrichtung (200) zur Steuerung von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs, umfassend: Leistungsanschlüsse (202, 204) eingerichtet zur Aufnahme oder Abgabe der Ströme sowie mindestens einen Leistungsfeldeffekttransistor (214) gemäß den vorangehenden Ansprüchen, wobei der mindestens eine Leistungsfeldeffekttransistor Source- und Drain-Anschlüsse (220, 222) eingerichtet zur Aufnahme oder Abgabe der Ströme aufweist, und von denen zumindest einer mit zumindest einem der Leistungsanschlüsse (202, 204) verbunden ist
Verwendung eines Leistungsfeldeffekttransistor (10) nach einem der Ansprüche 1–6 zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs.
Verwendung eines Leistungsfeldeffekttransistors (10) zum Schalten von Strömen nach Anspruch 8, wobei die Floatinggate-Elektrode (70) zum Einstellen eines vorbestimmten Schaltzustands des Leistungsfeldeffekttransistors (10) bei spannungslosem Zustand der Steuergate-Elektrode (60) verwendet wird, indem die Floatinggate-Elektrode (70) mit einer Ladung gemäß dem vorbestimmten Schaltzustand aufgeladen wird.
Verfahren zum Schalten von Strömen eines Kraftfahrzeugbordnetzes oder eines Elektro- oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs, wobei die Ströme von mindestens einem Leistungsfeldeffekttransistor (10) gemäß einem der Ansprüche 1–6 geschaltet werden und ein vorbestimmter Schaltzustand bei spannungslosem Zustand der Steuergate-Elektrode (60) eingestellt wird, indem die Floatinggate-Elektrode (70) mit einer Ladung gemäß dem vorbestimmten Schaltzustand aufgeladen wird.