Ein neuer Technologie-Ansatz für den einfachen SJ-MOSFET

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Der interessante Ansatz ist die Konfigurierbarkeit

Wie in Bild 1 gezeigt sind in einer herkömmlichen Transistorkonfiguration keine Elemente vorhanden, die die Möglichkeit für Trimming bieten. Entschließt sich der Entwickler dazu, einen klassischen Weg der Systementwicklung zu verfolgen, ist die Entscheidung für einen herkömmlichen Transistor sicherlich ein gangbarer. Zusätzliche Schaltungskontrollmechanismen durch die Auswahl von Transistoren mit Laser-Trimming-Möglichkeit eröffnet eine Vielzahl neuer Variablen, die vom Entwickler festgelegt werden können.

Insbesondere Parameter wie beispielsweise Schaltzeiten, Einschaltwiederstand, Schwellenspannung und Strombelastbarkeit können entsprechend den Vorgaben des Entwicklers innerhalb eines bestimmten Auswahlbereichs festgelegt oder konfiguriert werden. Diese Konfigurierbarkeit wird durch Laser-Trimming des Transistorelements unter Verwendung mehrerer paralleler Bauteilabschnitte erzielt, wie in Bild 2 gezeigt. Dieselbe Methode kann dazu verwendet werden, die gewünschten Parameter Bauelemente- oder Wafer-übergreifend abzugleichen. Dadurch lassen sich identisch angepasste Bauelemente auf konsistente Weise in Serienfertigung liefern.

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Der Vorteil für den Entwickler liegt darin, dass identisch angepasste MOSFETs in einer H-Brücken- oder Parallel-Konfiguration zur Verfügung stehen. Das ermöglicht die Reduzierung des System-Overheads, da die Stromflüsse in einer gegebenen Schaltung vorhersehbar sind. Im Fall der Halbbrückenschaltung gilt dasselbe in Bezug auf abgestimmte Transistoren. Im besonderen Fall der Halbbrücke lassen sich Totzeit verringern und Schaltfrequenz erhöhen und so die Bauelemente hinsichtlich Größe, Strombelastbarkeit und Rauschminderung optimieren.

Neben der Festlegung des dynamischen Verhaltens durch Trimming lassen sich statische Parameter auf ähnliche Weise konfigurieren. Die Konfiguration von Schwellenspannung, Einschaltwiderstand und Strombelastbarkeit durch die Beeinflussung von Gate-Widerständen und Schmelzeinsätzen ermöglicht die Auswahl der optimalen Spannung für die Zielschaltung. Durch Verwendung eines Lasers zur Erzeugung eines open circuit (hochohmiger Ausgang) im Gate-Bereich des Transistors während eines Standard-Fertigungsablaufs können die statischen Parameter im gewünschten Rahmen konfiguriert werden.

Der Vorteil für den Entwickler ist, dass er die Schwellenspannung ausreichend hoch legen kann, um das Schaltungsrauschen vernachlässigen zu können; oder ausreichend niedrig, um Wirkungsgradverluste in der Gate-Treiber-Schaltung zu kompensieren.

Beim Rapid-Prototyping, bei dem ein bestimmter Einschaltwiderstand oder eine Strombelastbarkeit erforderlich ist, wird Trimming zur Entfernung des aktiven Transistorbereichs eingesetzt. So können innerhalb kurzer Zeit eine Anzahl von Bauteilen (in der Menge eines Wafers) geliefert werden, die die besonderen Anforderungen des Entwicklers erfüllen. Ist das Prototyping abgeschlossen und geht das Projekt in die Serienfertigung, wird ein Maskensatz für die jeweilige Schwellenspannung, Einschaltwiderstände und Strombelastbarkeit erzeugt, um die Kosten zu optimieren.

Bei der Entwicklung der +FET-Architektur wurden Überlegungen hinsichtlich Laser-Trimming angestellt, um zu verhindern, dass Wärmeinjektion durch den Laser den Transistorbetrieb beeinträchtigt; Mixed-Signal-Fertigungstechniken kamen zur Anwendung, ohne die Herstellungskosten zu erhöhen.

Die Verwendung des Laser-Trimmings in der Serienfertigung ist gebräuchlich; allerdings ist der D3-Ansatz, diese Fertigungstechnik für Power-MOSFETs einzusetzen, besonders. Ergebnisse sind neue Möglichkeiten der Schaltungsoptimierung, etwa für medizinische Stromversorgungen oder Audioschaltungen.

* Tom Harrington ist Chief Technology Officer und Mitgründer der D3 Semiconductor, Addison/Texas.

* Scott Carson ist Vice President Sales & Marketing bei D3 Semiconductor, Addison/Texas.

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