(Quelle: Infineon Technologies)

Es gibt ein Sprichwort, das besagt: „Die Schlacht wird in den Schützengräben (Trenches) gewonnen“. Damit ist gemeint, dass die Menschen an der vordersten Front des Geschehens durch ihre kollektive harte Arbeit und Anstrengung das endgültige Gewinnergebnis bestimmen. Als Entwicklungsingenieur, der sich mit Leistungsmanagement-Anwendungen befasst, ist der Leser dieses Artikels „in den Schützengräben“ (Trenches) tätig. In diesem Artikel geht es um das, was nötig ist, um zu gewinnen.

Wide Bandgap (WBG)-Halbleiter sind ein Schlüssel für den nächsten Schritt in Richtung einer energieeffizienten Welt. WBG-Halbleiter ermöglichen eine höhere Leistungseffizienz, geringere Größe, weniger Masse und niedrigere Gesamtkosten. Infineon Technologies ist in der einzigartigen Position, das einzige Unternehmen zu sein, das derzeit Silizium- (Si), Siliziumkarbid- (SiC), Isolated-Gate-Bipolartransistor- (IGBT) und Galliumnitrid- (GaN) Bauelemente anbietet. Als führender Anbieter mit mehr als zwei Jahrzehnten Erfahrung in der Entwicklung von Siliziumkarbid (SiC)-Technologie erfüllt Infineon Technologies die Anforderungen an eine intelligentere und effizientere Energieerzeugung, -übertragung und -nutzung. Ihre Experten wissen, was nötig ist, um die Systemkomplexität zu reduzieren, was zu geringeren Systemkosten und -größen in Systemen mit mittlerer bis hoher Leistung führt.

In the Trenches: CoolSiC™

Das Ziel von Infineon ist es, den niedrigen R _DS(on) von Siliziumkarbid-MOSFETs mit einem Gate-Drive-Mode-Bauelement zu kombinieren, das im Rahmen der sicheren Oxidfeldstärkebedingungen arbeitet. Infineon hat sich entschlossen, sich auf Trench-basierte Bauelemente zu konzentrieren, weg von planaren Doppel-Diffusions-Metall-Oxid-Halbleiter-(DMOS)- Bauelementen mit hoher Defektdichte, hin zu günstigeren Oberflächenausrichtungen. Trench-basierte Bauelemente ermöglichen einen geringen Kanalwiderstand bei niedrigen Oxidfeldern. Diese Randbedingungen sind die Grundlage für den Transfer von Qualitätssicherungsmethoden, die in der Welt der Silizium-Leistungshalbleiter etabliert sind, um Failures in Time- (FIT)- Raten zu garantieren, die in industriellen und sogar automobilen Anwendungen erwartet werden. Aus dieser Entwicklungsarbeit sind die CoolSiC™-Produkte entstanden.

SiC-Bauelemente arbeiten im Sperrmodus mit viel höheren Drain-induzierten elektrischen Feldern als ihre Si-Gegenstücke (MV statt kV). So können hohe elektrische Felder im Oxid im Ein- und Aus-Zustand den Verschleiß beschleunigen. Bei Aus-Zustandsspannungen wird der Schutz durch tiefe p-Bereiche übernommen. Für den Ein-Zustand wird ein dickes Oxid verwendet, um die Einschränkungen zur Abschirmung verbleibender extrinsischer Oxiddefekte für dünne Oxide zu umgehen. CoolSiC™-Produkte bieten unübertroffene Zuverlässigkeit, Qualität, Vielfalt und Systemvorteile.

CoolSiC™ MOSFETs Trench-Konzepte und Vorteile umfassen:

• Niedriger Kanalwiderstand
• Ein sicheres elektrisches Feld im Gate-Oxid
• Unterdrückt parasitäres Einschalten
• Ermöglicht harte Kommutierung und erhöht die Robustheit gegenüber Stoßströmen
• JFET-Bereich begrenzt Kurzschlussstrom
• R_ON erleichtert den Parallelbetrieb
• R_g steuert und ermöglicht unabhängige Schaltgeschwindigkeit

CoolSiC™ MOSFETs und Dioden

Die diskreten 650V, 1200V und 1700V CoolSiC™ MOSFET-Bauteile von Infineon sind ideal für hart- und resonant-schaltende Topologien geeignet (Abbildung 1). Die CoolSiC™-MOSFETs von Infineon basieren auf einem hochmodernen Trench-Halbleiterverfahren, das sowohl für die niedrigsten Verluste in der Applikation als auch für die höchste Zuverlässigkeit im Betrieb optimiert ist. Das Portfolio aus diskreten Bauteilen in TO- und SMD-Gehäusen bietet Durchgangswiderstände von 27 mΩ bis zu 1000 mΩ. Die CoolSiC™ Trench-Technologie ermöglicht einen flexiblen Parametersatz, mit dem applikationsspezifische Eigenschaften im jeweiligen Produktportfolio realisiert werden können, z. B. Gate-Source-Spannungen, Avalanche-Spezifikation, Kurzschlussfähigkeit oder interne Body-Diode für harte Kommutierung.

Abbildung 1: 650V CoolSiC™ MOSFET in einem TO-247 Gehäuse. (Quelle: Infineon Technologies)

CoolSiC™ MOSFETs in diskreten Gehäusen sind ideal für hart und resonant schaltende Topologien wie Blindleistungskompensation (PFC), bidirektionale Topologien und DC-DC-Wandler oder DC-AC-Umrichter. Eine hervorragende Immunität gegen unerwünschte parasitäre Effekte beim Einschalten ermöglicht einen noch nie dagewesenen niedrigen dynamischen Verlust selbst bei einer Ausschaltspannung von null Volt in Brückentopologien. Die Transistor-Outline- (TO-) und Surface-Mount-Bauteile (SMD) sind zusätzlich mit Kelvin-Source-Pins für optimiertes Schaltverhalten ausgestattet.

Infineon CoolSiC™ Schottky-Dioden liefern einen relativ hohen Einschaltwiderstand und Ableitstrom (Abbildung 2). Eine wesentlich höhere Durchschlagspannung kann in Schottky-Dioden mit einem SiC-Material erzielt werden. Das Portfolio an SiC-Schottky-Bauteilen von Infineon umfasst 600-V- und 650-V- bis 1.200-V-Schottky-Dioden. Die Kombination eines schnellen siliziumbasierten Schalters mit einer CoolSiC-Schottky-Diode wird oft als „Hybrid“-Lösung bezeichnet.

Abbildung 2: Für den Automotive-Bereich qualifizierte CoolSiC™ Schottky-Diode. (Quelle: Infineon Technologies)

CoolSiC™ MOSFET-Module

Leistungsmodule mit CoolSiC™-MOSFET eröffnen den Konstrukteuren von Wechselrichtern neue Möglichkeiten, nie dagewesene Effizienz- und Leistungsdichtewerte zu realisieren (Abbildung 3). Darüber hinaus kann Siliziumkarbid (SiC) durch verschiedene verfügbare Topologien von 45 mOhm bis 2 mOhm R_DS(on) an die Anforderungen der Anwendung angepasst werden. Die 1200-V-SiC-MOSFET-Module sind in verschiedenen Konfigurationen erhältlich, z. B. als 3-Level-, Dual-, Vierer- oder Sechser-Pack oder als Booster. Sie bieten eine überragende Gate-Oxid-Zuverlässigkeit, die durch ein hochmodernes Trench-Design sowie klassenbeste Schalt- und Leitungsverluste ermöglicht wird.

Abbildung 3: CoolSiC™ MOSFET Easy1B und Easy2B  (Source: Infineon Technologies)

Fazit

SiC-MOSFETs umfassen zwei (2) verschiedene Strukturtypen: Trench-MOS und Planar-DMOS. Infineon forciert die überlegene Trench-Technologie für den einfachen Einsatz in allen Anwendungen und geringe Verlustleistung bei gleichbleibender Zuverlässigkeit. CoolSiC™ von Infineon zeichnet sich durch eine hervorragende Leistung aus und ist der Maßstab für ein ausgewogenes Qualitäts-/Leistungsverhältnis. Das Gate-Oxid-Screening-Verfahren von Infineon gewährleistet höchste Zuverlässigkeit der Produkte.

Siliziumkarbid CoolSiC™ MOSFETs und Dioden von Infineon bieten ein umfassendes Portfolio, um den Bedarf an intelligenter, effizienter Energieerzeugung, -übertragung und -verbrauch abzudecken. Das CoolSiC-Portfolio erfüllt die Anforderungen der Kunden nach reduzierter Systemgröße und Kosten in Systemen mit mittlerer bis hoher Leistung, während gleichzeitig die höchsten Qualitätsstandards, die Anforderungen für eine lange Lebensdauer und eine hohe Zuverlässigkeit erfüllt werden. CoolSiC ermöglicht Kunden, die strengsten Effizienzziele zu erreichen und gleichzeitig die Betriebssystemkosten zu reduzieren. Gewinnen Sie, indem Sie die Trench-Technologie nutzen und auf MOSFETs und Dioden von Infineon Technologies CoolSiC™ setzen.