Halbleiter-Leistungsbauelemente: Physik, Eigenschaften, Zuverlässigkeit ; in weiten Teilen aufbauend auf dem Manuskript einer Vorlesung von Heinrich Schlangenotto, gehalten an der Technischen Universität Darmstadt, sowie auf Arbeiten von Uwe Scheuermann
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Berlin [u.a.]
Springer Vieweg
2012
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DROHAFLTTSVEIRZEKLHIINIFLS
1 BESONDERHEITEN LEISTUNGSELEKTRONISCHER HALBLEITERBAUELEMENTE 1
2 HALBLEITERPHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 5
2.1 EIGENSCHAFTEN DER HALBLEITER, PHYSIKALISCHE GRUNDLAGEN 5
2.1.1 KRISTALLGITTER 5
2.1.2 BANDSTRUKTUR UND LADUNGSTRAEGER 6
2.1.3 DER DOTIERTE HALBLEITER 11
2.1.4 MAJORITAETSTRAEGER UND MINORITAETSTRAEGER 13
2.1.5 BEWEGLICHKEITEN! 14
2.1.6 DRIFTGESCHWINDIGKEIT BEI HOHEN FELDERN 17
2.1.7 DIFFUSION FREIER LADUNGSTRAEGER 18
2.1.8 GENERATION, REKOMBINATION UND TRAEGERLEBENSDAUER 18 2.1.9
STOSSIONISATION 25
2.1.10 GRUNDGLEICHUNGEN DER HALBLEITER-BAUELEMENTE 27
2.1.11 ERWEITERTE GRUNDGLEICHUNGEN 28
2.1.12 NEUTRALITAET 29
2.2 PN-UEBERGAENGE 30
2.2.1 DER STROMLOSE PN-UEBERGANG 30
2.2.2 STROM-SPANNUNGS-KENNLINIE DES PN-UEBERGANGS 37
2.2.3 SPERRVERHALTEN DES PN-UEBERGANGS 41
2.2.4 DER PN-UEBERGANG ALS EMITTER 48
2.3 KURZER EXKURS IN DIE HERSTELLUNGSTECHNOLOGIE 53
2.3.1 KRISTALLZUCHT 53
2.3.2 NEUTRONENDOTIERUNG ZUR EINSTELLUNG DER GRUNDDOTIERUNG 55 2.3.3
EPITAXIE 57
2.3.4 DIFFUSION 58
2.3.5 IONENIMPLANTATION 63
2.3.6 OXIDATION UND MASKIERUNG 68
2.3.7 RANDSTRUKTUREN 69
2.3.8 PASSIVIERUNG 73
2.3.9 REKOMBINATIONSZENTREN 74
XI
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IMAGE 2
XII
INHALTSVERZEICHNIS
3 HALBLEITERBAUELEMENTE 81
3.1 PIN-DIODEN 81
3.1.1 AUFBAU DER PIN-DIODE 81
3.1.2 KENNLINIE DER PIN-DIODE 82
3.1.3 DIMENSIONIERUNG DER PIN-DIODE 84
3.1.4 DURCHLASSVERHALTEN 88
3.1.5 BERECHNUNG DER DURCHLASSSPANNUNG 91
3.1.6 EMITTER-REKOMBINATION UND EFFEKTIVE TRAEGERLEBENSDAUER 94 3.1.7
EMITTER-REKOMBINATION UND DURCHLASSSPANNUNG 97
3.1.8 TEMPERATURABHAENGIGKEIT DER DURCHLASSKENNLINIE 101
3.1.9 RELATION VON GESPEICHERTER LADUNG UND DURCHLASSSPANNUNG 102 3.1.10
EINSCHALTVERHALTEN VON LEISTUNGSDIODEN 103
3.1.11 DEFINITIONEN ZUM AUSSCHALTVERHALTEN VON LEISTUNGSDIODEN 106
3.1.12 DURCH LEISTUNGSDIODEN ERZEUGTE SCHALTVERLUSTE 111
3.1.13 VORGANG BEIM ABSCHALTEN VON LEISTUNGSDIODEN 115
3.1.14 MODERNE SCHNELLE DIODEN MIT OPTIMIERTEM SCHALTVERHALTEN 123
3.1.15 MOS-GESTEUERTE DIODEN 133
3.1.16 AUSBLICK 139
3.2 SCHOTTKY-DIODEN 140
3.2.1 ZUR PHYSIK DES METALL-HALBLEITER-UEBERGANGS 140
3.2.2 KENNLINIENGLEICHUNG DES SCHOTTKY-UEBERGANGS 142
3.2.3 AUFBAU VON SCHOTTKY-DIODEN 144
3.2.4 OHM SCHER SPANNUNGSABFALL DES UNIPOLAREN BAUELEMENTS 145 3.2.5
SCHOTTKY-DIODEN AUS SIC 148
3.3 BIPOLARE TRANSISTOREN 153
3.3.1 FUNKTIONSWEISE DES BIPOLARTRANSISTORS 154
3.3.2 AUFBAU DES LEISTUNGSTRANSISTORS 156
3.3.3 KENNLINIE DES LEISTUNGSTRANSISTORS 157
3.3.4 SPERRVERHALTEN DES LEISTUNGSTRANSISTORS 157
3.3.5 STROMVERSTAERKUNG DES BIPOLARTRANSISTORS 160
3.3.6 BASISAUFWEITUNG, FELDUMVERTEILUNG UND ZWEITER DURCHBRUCH 164 3.3.7
GRENZEN DES SILIZIUM-BIPOLARTRANSISTORS 167
3.3.8 SIC BIPOLARTRANSISTOREN 168
3.4 THYRISTOREN 169
3.4.1 AUFBAU UND FUNKTIONSWEISE 169
3.4.2 KENNLINIE DES THYRISTORS 172
3.4.3 SPERRVERHALTEN DES THYRISTORS 173
3.4.4 DIE FUNKTION VON EMITTERKURZSCHLUESSEN 175
3.4.5 ZUENDARTEN DES THYRISTORS 176
3.4.6 ZUENDAUSBREITUNG 177
3.4.7 FOLGEZUENDUNG - AMPLIFYING GATE 179
3.4.8 LOESCHEN DES THYRISTORS UND FREIWERDEZEIT 180
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS XIII
3.4.9 DER TRIAC 182
3.4.10 DER ABSCHALTBARE THYRISTOR (GTO) 183
3.4.11 DER GATE COMMUTATED THYRISTOR (GCT) 189
3.5 MOS TRANSISTOREN 190
3.5.1 FUNKTIONSWEISE DES MOSFET 190
3.5.2 AUFBAU VON LEISTUNGS-MOSFETS 193
3.5.3 KENNLINIENFELD DES MOS-TRANSISTORS 195
3.5.4 KENNLINIENGLEICHUNG DES MOSFET-KANALS 196
3.5.5 DER OHM SCHE BEREICH 199
3.5.6 KOMPENSATIONSSTRUKTUREN IN MODERNEN MOSFETS 200 3.5.7
SCHALTEIGENSCHAFTEN DES MOSFET 204
3.5.8 SCHALTVERLUSTE DES MOSFET 208
3.5.9 SICHERER ARBEITSBEREICH DES MOSFET 210
3.5.10 DIE INVERSE DIODE DES MOSFET 211
3.5.11 SIC FELDEFFEKTBAUELEMENTE 214
3.5.12 AUSBLICK 214
3.6 IGBTS 216
3.6.1 FUNKTIONSWEISE 216
3.6.2 DIE KENNLINIE DES IGBT 218
3.6.3 DAS SCHALTVERHALTEN DES IGBT 219
3.6.4 DIE GRUNDTYPEN PT-IGBT UND NPT-IGBT 221
3.6.5 LADUNGSTRAEGERVERTEILUNG IM IGBT 225
3.6.6 ERHOEHTE LADUNGSTRAEGERINJEKTION IN MODERNEN IGBTS 227 3.6.7 DIE
WIRKUNG DER LOECHERBARRIERE 232
3.6.8 KOLLEKTORSEITIGE BUFFER-SCHICHTEN 234
3.6.9 DER BEIDSEITIG SPERRFAEHIGE IGBT 235
3.6.10 DER BIDIREKTIONAL LEITENDE IGBT 236
3.6.11 AUSBLICK 238
4 AUFBAU-UND VERBINDUNGSTECHNIK VON LEISTUNGSBAUELEMENTEN 239 4.1
PROBLEMATIK DER AUFBAU-UND VERBINDUNGSTECHNIK 239
4.2 GEHAEUSEFORMEN 240
4.2.1 SCHEIBENZELLEN 242
4.2.2 DIE TO-FAMILIE UND IHRE VERWANDTEN 244
4.2.3 MODULE 247
4.3 PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN DER MATERIALIEN 251
4.4 THERMISCHES ERSATZSCHALTBILD UND THERMISCHE SIMULATION 253 4.4.1
TRANSFORMATION ZWISCHEN THERMODYNAMISCHEN UND ELEKTRISCHEN GROESSEN 253
4.4.2 EINDIMENSIONALE ERSATZSCHALTBILDER 257
4.4.3 DREIDIMENSIONALES NETZWERK 259
4.4.4 DER TRANSIENTE THERMISCHE WIDERSTAND 260
IMAGE 4
XIV INHALTSVERZEICHNIS
4.5 PARASITAERE ELEKTRISCHE ELEMENTE IN LEISTUNGSMODULEN 261
4.5.1 PARASITAERE WIDERSTAENDE 261
4.5.2 PARASITAERE INDUKTIVITAETEN 263
4.5.3 PARASITAERE KAPAZITAETEN 266
4.6 ZUVERLAESSIGKEIT 268
4.6.1 ANFORDERUNGEN AN DIE ZUVERLAESSIGKEIT 268
4.6.2 HEISSSPERRDAUERTEST UND GATE-STRESS-TEST 270
4.6.3 HEISSLAGERUNG, TIEFTEMPERATURLAGERUNG 271
4.6.4 SPERRTEST BEI FEUCHTER WAERME 272
4.6.5 TEMPERATURWECHSELTEST 272
4.6.6 LASTWECHSELTEST 273
4.6.7 AUSBLICK 282
5 ZERSTOERUNGSMECHANISMEN IN LEISTUNGSBAUELEMENTEN 285
5.1 THERMISCHER DURCHBRUCH - AUSFAELLE DURCH UEBERTEMPERATUR 285 5.2
UEBERSCHREITEN DER SPERRFAEHIGKEIT 287
5.3 STOSSSTROM 289
5.4 DYNAMISCHER AVALANCHE 293
5.4.1 DYNAMISCHER AVALANCHE IN BIPOLAREN BAUELEMENTEN 293 5.4.2
DYNAMISCHER AVALANCHE IN SCHNELLEN DIODEN 296
5.5 UEBERSCHREITEN DES ABSCHALTBAREN STROMS IN GTOS 305
5.6 KURZSCHLUSS UND UEBERSTROM IN IGBTS 306
5.6.1 KURZSCHLUSS I, II AND III 306
5.6.2 THERMISCHE UND ELEKTRISCHE BELASTUNG IM KURZSCHLUSS 311 5.6.3
ABSCHALTEN VON UEBERSTROEMEN UND DYNAMISCHER AVALANCHE 314 5.7 AUSFAELLE
DURCH HOEHENSTRAHLUNG 317
5.8 AUSFALLANALYSE 321
6 DURCH BAUELEMENTE VERURSACHTE SCHWINGUNGSEFFEKTE UND
ELEKTROMAGNETISCHE STOERUNGEN 325
6.1 SCHALTUNGS- UND BAUELEMENTBEDINGTE SCHWINGUNGSEFFEKTE 325 6.1.1
FREQUENZBEREICH ELEKTROMAGNETISCHER STOERUNGEN 325
6.1.2 OBERSCHWINGUNGEN BZW. HARMONISCHE 326
6.2 LC-SCHWINGUNGEN 327
6.2.1 ABSCHALT-OSZILLATIONEN BEI PARALLEL GESCHALTETEN IGBTS 327 6.2.2
ABSCHALT-OSZILLATIONEN BEI SNAPPIGEN DIODEN 330
6.3 TRAEGERLAUFZEIT-OSZILLATIONEN 332
6.3.1 PLASMA EXTRACTION TRANSIT TIME (PETT) OSZILLATIONEN 333 6.3.2
IMPACT IONISATION TRANSIT TIME (IMPATT) OSZILLATIONEN 340
7 LEISTUNGSELEKTRONISCHE SYSTEME 345
7.1 BEGRIFFSBESTIMMUNG UND MERKMALE 345
7.2 MONOLITHISCH INTEGRIERTE SYSTEME - POWER IC S 347
IMAGE 5
INHALTSVERZEICHNIS XV
7.3 AUF LEITERPLATTENBASIS INTEGRIERTE SYSTEME 351
7.4 HYBRIDE INTEGRATION 353
ANHANG 361
AI BEWEGLICHKEITEN IN SILIZIUM 361
A2 BEWEGLICHKEITEN IN 4H-SIC 362
A3 THERMISCHE PARAMETER WICHTIGER MATERIALIEN 363
A4 ELEKTRISCHE PARAMETER WICHTIGER MATERIALIEN 364
BIBLIOGRAPHY 365
SACHVERZEICHNIS 377
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| spelling | Lutz, Josef 1954- Verfasser (DE-588)136321410 aut Halbleiter-Leistungsbauelemente Physik, Eigenschaften, Zuverlässigkeit ; in weiten Teilen aufbauend auf dem Manuskript einer Vorlesung von Heinrich Schlangenotto, gehalten an der Technischen Universität Darmstadt, sowie auf Arbeiten von Uwe Scheuermann Josef Lutz 2. Aufl. Berlin [u.a.] Springer Vieweg 2012 XXII, 383 S. Ill., graph. Darst. txt rdacontent n rdamedia nc rdacarrier Leistungselektronik (DE-588)4035235-3 gnd rswk-swf Halbleiterbauelement (DE-588)4113826-0 gnd rswk-swf Leistungshalbleiter (DE-588)4167286-0 gnd rswk-swf Leistungshalbleiter (DE-588)4167286-0 s DE-604 Leistungselektronik (DE-588)4035235-3 s Halbleiterbauelement (DE-588)4113826-0 s 1\p DE-604 DNB Datenaustausch application/pdf http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=025440768&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA Inhaltsverzeichnis 1\p cgwrk 20201028 DE-101 https://d-nb.info/provenance/plan#cgwrk |
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