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SiC-MOSFETs und -Module

Wegbereiter für neue Applikationen in der Leistungselektronik

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Der FOM-Wert (Figure of Merit) bestimmt auch die maximale Betriebsfrequenz, definiert als Fmax = (Tj-Tc)/Rth-Ron*I2c*D)/(Eon+Eoff). Durch den geringen RDS(on), den geringen Rth und die hohe Tj haben die SiC-MOSFETs von Microsemi eine sehr hohe Fmax.

Das verbesserte dV/dt-Verhalten der neuen MOSFETs wurde durch die Eliminierung des Gatepad-P-doped-Bereichs (p-dotierter Gate-Anschluss) erzielt. Das beseitigt den Löcherstrom, der in konventionellen Designs unter den Gatepads auftritt (bei einem parasitären NPN-Design bedeutet weniger Löcherstrom ein notwendiges größeres dV/dt, um einen Strom zu generieren, der einen Latch-up auslöst).

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Erhebliche Verbesserungen gegenüber Silizium ergiben sich bei den SiC-MOSFETs auch bei dem Single Event Bournout (SEB). Der SEB entsteht beispielsweise durch kosmische Strahlung, und die betroffenen Faktoren im Halbleiter sind die Halbleitertechnologie und die Halbleiterfläche, die Temperatur und die Sperrspannung im Bezug auf die Spannungsklasse des Transistors und die Höhe über Grund.

Durch die kosmische Einstrahlung entsteht im Siliziumkern durch hohe Spannung ein Plasmakanal, indem durch hohe Temperatur Defekte ausgelöst werden. Der SEB bei Silizium ist viel schlechter als das SEB beim Wide-Bandgap-Material SiC. So werden z.B. bei den 700-V-Si-Typen nach Neutronenbeschuss Ausfälle im Bereich 1000 bis 10 000 Fit (Fehlerrate über die Zeit) ermittelt, bei SiC dagegen sind es nur Werte von 10 bis 100 Fit. Ein vergleichbares Ergebnis nach Neutronenbeschuss gibt es auch bei den 1200-V- und 1700-V-SiC-Halbleitern im Vergleich zu IGBTs und SJ-FETs.

Eine umfangreiche Auswahl an diskreten SiC-MOSFETs

Die 1200-V-/40-A-Typen (80 mΩ) APT40SMxxx sind in Stückzahlen erhältlich. Es folgen jetzt die in Bild 4 gezeigten Typen für Anwendungen mit 700 V, 1200 V und 1700 V in verschiedenen Stromklassen bis 80 A und mit RDS(on) zwischen 40 und 800 mΩ.

Mit den angekündigten SiC-Leistungs-MOSFET stehen jetzt Wide-Bandgap-MOSFET für erste Designs von 700 V bis 1200 V (80 A) bzw. 1700 V/5 A zur Verfügung. Ihr Einsatz führt zu höherer Systemeffizienz und ermöglicht höhere Systemschaltfrequenzen. Auch werden die Anforderungen an das Wärmemanagement geringer; die Sicherheit gegen Lawinendurchbruch ist wesentlich erhöht.

Durch den geringen RDS(on) , die hohe zulässige Betriebsspannung und die hohe Stromtragfähigkeit (sowohl kontinuierlich als auch bei Spitzenstrom) ist der sichere Arbeitsbereich (SOA; Save Operating Area) wesentlich erweitert.

Zu erwähnen bleibt noch die hohe Kurzschlussfestigkeit von beispielsweise 8,5 µs beim 80-mΩ-Typ APT 40SM120B; das ist somit 25% mehr als bei vergleichbaren Mitbewerbstypen. Entwickler können jetzt auf SiC-Leistungs-MOSFETs zugreifen, die in wesentlichen Merkmalen weiter verbessert wurden und die in kommerziellen Stückzahlen erhältlich sind.

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