MOSFET Weiterentwicklungen für schneller schaltende Designs

Autor / Redakteur: Michael Piela * / Gerd Kucera

Kleiner, schneller und effizienter: neue Power-MOSFET-Bausteine erfüllen weitere Anforderungen hinsichtlich Spannung, Leistung, Größe und Zuverlässigkeit für netzbetriebene Geräte.

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Bild 1: In einem Superjunction-MOSFET ist der n-Bereich so dotiert, dass sein Widerstand niedriger ausgelegt werden kann als der natürliche Siliziumgrenzwert.
Bild 1: In einem Superjunction-MOSFET ist der n-Bereich so dotiert, dass sein Widerstand niedriger ausgelegt werden kann als der natürliche Siliziumgrenzwert.
(Bild: Toshiba)

Der Artikel zeigt, wie MOSFET-Weiterentwicklungen die Anforderungen neuer netzbetriebener Geräte hinsichtlich Schalten, Effizienz und Baugröße erfüllen und einen zuverlässigen Betrieb über einen größeren Temperaturbereich garantieren.

Weil sie einfach anzusteuern und hochfrequenztauglich sind werden MOSFETs bevorzugt für schnelles Schalten in immer mehr Elektronikdesigns eingesetzt. Sie kommen in AC/DC-Netzteilen und Schaltspannungsreglern, Vorschaltgeräten für Beleuchtungen und in Wechselrichtern zum Einsatz, die zur Ansteuerung von Industriemotoren oder zur Spannungswandlung bei Solarzellen dienen.

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Für Entwickler sind die wesentlichen Auswahlkriterien stets der Wirkungsgrad und die Schaltperformance. In letzter Zeit wurde gerade der Wirkungsgrad immer wichtiger aufgrund wirtschaftlicher, rechtlicher und umweltbezogener Aspekte, um so den Stromverbrauch elektronischer Geräte zu reduzieren.

Eine weitere Herausforderung ist der mangelnde Platz auf der Platine (aufgrund der höheren Bauteildichte und immer kleiner werdenden Formfaktoren). Weniger Platz erfordert wiederum ein verbessertes Wärmemanagement, eine minimale Wärmeentwicklung und somit die Wahl der effizientesten Technologie.

Verbesserungen in der Halbleiterprozesstechnik

In industriellen Anwendungen, Telekommunikationssystemen und anderen Designs, die über einen großen Temperaturbereich betrieben werden, ist ein zuverlässiger und vorhersagbarer Betrieb ebenfalls von Bedeutung. Hinzu kommt, dass diese Anwendungen eine wesentlich längere Lebensdauer als Konsumprodukte aufweisen. Langfristige Zuverlässigkeit muss daher eine wichtige Rolle spielen.

MOSFETs mit Nennspannungen bis ca. 600 V werden meist in netzbetriebenen Anwendungen (240 VAC) sowie in vielen Industrie- und Telekommunikationssystemen eingesetzt. Sie bieten genügend Sicherheitsspielraum bei hohen Spannungsspitzen. Da dieser Markt ein hohes Potenzial für MOSFET-Hersteller bietet, finden sich hier auch zahlreiche Investitionen in die MOSFET-Technologie.

Laufende Verbesserungen in der Halbleiterprozesstechnik sind die Basis der MOSFET-Weiterentwicklung. Wie erwartet liegt der Schwerpunkt bei der MOSFET-Prozesstechnik in der Verringerung der Verluste. Effizientere Bausteine tragen nicht nur zu einem geringeren Stromverbrauch und weniger Wärmeentwicklung bei, sondern helfen auch, die Platz- und Kostenziele zu erfüllen (selbst kleine Effizienzsteigerungen können zur Wahl eines kleineren und kostengünstigeren Bausteins beitragen).

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