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R è definita come pendenza della I -V nella regione lineare.

on D DS

determina la potenza che si dissipa sul dispositivo quando è

La R

on

completamente acceso. Essa è prevalentemente somma della resistenza

del canale e della resistenza della regione di drift. Ad elevate polarizzazioni

di gate, la R del canale diventa trascurabile per cui la R diventa costante.

on

Un dispositivo che deve condurre 50 A e per il quale sia richiesta Von=0.25

2

=5 m. In questo caso P = (50) 0.005 = 12.5 W.

V, deve avere R on COMPONENTI DELLA R on

R e R sono trascurabili

N+ s

e R dipendono dalla polarizzazione

R CH A

di gate

è modulata dalla V a seguito dallo

R J D

svuotamento P-base/N-channel (effetto

pinch-off)

R dipende dallo spessore del dispositivo

D

(e dunque dalla massima tensione che

esso dovrà sostenere).

può essere calcolata da:

P. es. la R CH  

 

 

W W C V V

1

   

I C V V V n ox G t

G

da cui:

D n ox G t DS CH

L R L

CH

Poiché i MOSFET di potenza sono

formati da un numero elevato di

celle elementari del tipo di quella a

fianco, in genere si preferisce

fornire la conduttanza (o la

resistenza) specifica, ovvero per

unità di area.

Con riferimento alla metà del

dispositivo a fianco:

 

  

G C V V  

  

' 1 2

CH n ox G t

G cm

   

CH L L

 

   

s W L s

G G

   

2 2

ACCENSIONE INVOLONTARIA DEL MOSFET A

CAUSA DI ELEVATI dV/dt SUL DRAIN

Considerando la capacità di svuotamento presente fra Drain e Base, a

seguito dell’applicazione di una rampa sul drain, la corrente nella R B

(resistenza dovuta alla distanza fra la base “reale” e il contatto di base),

data da C d(V-V )/dt, può polarizzare direttamente la giunzione B-E del

DB BE

BJT parassita. Trascurando V rispetto a V, l’accensione si innesca per:

BE

V

dV in cui V diminuisce all’aumentare della

 ,BE

 , BE

C temperatura

DB dt R

B

SAFE OPERATING AREA (SOA)

La SOA definisce i limiti di utilizzabilità di un dispositivo, in termini di I e V.

La massima V è definita dal breakdown mentre la massima I è dettata dalla

potenza dissipabile sul dispositivo.

L’applicazione contemporanea di tensioni e correnti elevate (ma sotto i limiti

massimi detti) può portare comunque il dispositivo alla rottura, anche se

l’applicazione ha una brevissima durata. Si parla in questi casi di second

breakdown.

Esistono vari meccanismi in grado di innescare il second breakdown, ma il

principale è spesso il BJT parassita. Si ha:

    

I I I I I I I M I

D M C S M E C E

1

con M fattore di moltiplicazione a valanga M n

 

V

  

1 D

 

BV

n4 nei MOSFET

Per allargare la SOA, nella progettazione dei MOSFET di potenza si

lavora principalmente sulla riduzione di R . Da considerare che R

B B

aumenta con la temperatura a causa della riduzione della mobilità.

L’ampiezza della SOA

dipende anche dalla

durata del picco di

tensione sul drain.

Progettazione dei MOSFET di potenza

Un MOSFET viene normalmente progettato per sostenere una assegnata

V quando è nello stato off (V ). Assumendo che il breakdown avviene

DS max

nella regione svuotata sotto il canale (giunzione P-base/N-drift region), ciò

vuol dire che il drogaggio e la lunghezza della regione di drift devono

essere scelti opportunamente (come nel diodo pin):

 h E

 

2 da cui N deve essere basso e h grande.

Si max

V E d

max max

2 2

q N d

Quando il dispositivo è acceso, la regione di drift non è più svuotata e la

sua conducibilità dipende dal drogaggio, che dunque non può essere

troppo basso per non penalizzare la R .

on

Altri semiconduttori offrono E più grande e dunque consentono di avere

max

più elevato.

N d

Semiconduttori per MOSFET di potenza

, 

Il semiconduttore ideale è quello che offre elevata elevato E , elevata

max

(conducibilità termica) 

3 3

   

2 4

E N

 G d

60

V     formula di Sze e Gibson

BD    

6

1

. 1 10 Area Area

 

 

G q N

drift n d

h h

dove Area è la sezione

della regione di drift.

  

q N  

  1 2

n d

G ' cm

drift h

 2 V

 

2 max

N E h

Sostituendo max

d 2 qV E

max max

3

E

 max

G ' q

si ottiene: drift n 2

4

V

max

Dissipazione del calore nei dispositivi

microelettronici

Il surriscaldamento può condurre alla rottura di un dispositivo elettronico.

Il problema è ugualmente presente nei dispositivi di potenza come nei

dispositivi microelettronici ad elevata integrazione.


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AUTORE

Atreyu

PUBBLICATO

+1 anno fa


DESCRIZIONE DISPENSA

In questo materiale didattico relativo al transistor di potenza vengono trattati i seguenti argomenti. BJT. Power MOSFET (IGFET). DMOS (double diffusion MOSFET). V-MOS. Componenti della Ron. Accensione involontaria del MOSFET a causa di elevati dV/dt sul Drain. Safe operating area (SOA). Progettazione dei MOSFET di potenza. Semiconduttori per MOSFET di potenza. Dissipazione del calore nei dispositivi microelettronici. Confronto tra BJT e MOSFET di potenza. IGBT (insulated gate bipolar transistor).


DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria elettronica
SSD:
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher Atreyu di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Dispositivi elettronici a semiconduttore e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Mediterranea - Unirc o del prof Della Corte Francesco Giuseppe.

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