Hochvolt-MOS-Transistoren

XT018 erlaubt mehrere Hochvolt-Spannungen auf nur einem Chip

| Redakteur: Gerd Kucera

Der On-Widerstand beträgt nur 0,3 Ωmm² für 100-V- und 1,1 Ωmm² für 200-V-nMOS-Transistoren
Der On-Widerstand beträgt nur 0,3 Ωmm² für 100-V- und 1,1 Ωmm² für 200-V-nMOS-Transistoren (Bild: X-FAB)

Der neue Prozess erlaubt MOS-Schaltungen mit einer Spannung bis 200 V. Er vereint vollständig isolierte HV-MOS-Transistoren in 180-nm-Technologie für 1,8/5,0-V-I/O und bis zu sechs Verdrahtungsebenen.

Mit XT018 präsentiert X-FAB Silicon Foundries die weltweit erste dielektrisch isolierte 180-nm-Trench-SOI-Foundry-Technologie, die MOS-Schaltungen mit einer Spannung bis 200 V ermöglicht. Durch die dielektrische Isolation dieses modularen Prozesses lassen sich Blöcke auf verschiedenen Spannungsebenen auf einem einzigen Chip integrieren.

Identische Parameter für Low-Side- und High-Side-Betrieb

Statt die Blöcke wie bisher üblich auf verschiedene Chips verteilen zu müssen, sind sie mit dem XT018-Prozess auf unterschiedlichen Spannungsebenen eines Chips integrierbar. Dadurch wird die Zahl der auf Leiterplatten benötigten Komponenten wesentlich reduziert und Latch-ups vermieden. Gleichzeitig gewährleistet die dielektrische Isolation Immunität gegen elektromagnetische Interferenzen.

Die XT018 SOI-Technologie ist die nach X-FAB-Angaben einzige verfügbare Foundry-Technologie für Anwendungen im Spannungsbereich zwischen 100 und 200 V. Sie eignet sich damit ideal für Anwendungen in den Bereichen Konsumelektronik, Medizin, Telekommunikations-Infrastruktur sowie Industrie-Applikationen, die eine bidirektionale Isolierung benötigen, beispielsweise PoE-Anwendungen, Ultraschall-Transmitter, Piezo-Aktuatoren und kapazitiv angetriebene Mikromechanik.

Die neue Technologie vereint vollständig isolierte Hochvolt-MOS-Transistoren mit einer 180-nm-Technologie für 1,8/5,0-V-I/O und bis zu sechs Verdrahtungsebenen. Ihre einzigartige Superjunction-Prozessarchitektur mit patentiertem dielektrischen HV-Abschluss für die MOS-Transistoren ermöglicht ein kompaktes Design mit einem On-Widerstand von nur 0,3 Ωmm² für 100-V- und 1,1 Ωmm² für 200-V-nMOS-Transistoren. Die HV-MOS-Transistoren sind so ausgelegt, dass sie sowohl für Low-Side- als auch für High-Side-Betrieb identische Parameter aufweisen.

Der modulare Aufbau des XT018-Prozesses verfügt zusätzlich über ein Modul mit nur 5 V Betriebsspannung für analog-fokussierte Anwendungen, sowie HVnmos- und HVpmos-Module, die getrennt ausgewählt werden können. Die Technologie ist in vollem Umfang für einen Temperaturbereich von -40 bis 175 °C charakterisiert.

Gleichrichterdioden und Bootstrap auf dem Chip

Zusätzlich bietet die neue XT018-Technologie eine Option für dickes Metall zum Routing höherer Stromstärken, isolierte 10-V-MOS-Transistoren, verschiedene Dioden und bipolare Transistoren, Poly-Widerstände im mittleren und hohen Widerstandbereich, Platz sparende MIM-Kondensatoren mit hoher Kapazität (2,2 bis 6,6 fF/µm²) sowie einen Hochspannungskodensator. Die Super-Junction-Technologie ermöglicht außerdem die Verwendung von Gleichrichterdioden mit 20 ns Sperr-Erholzeit (Reverse Recovery Time); dadurch sind Gleichrichter und Bootstrap-Schaltungen effektiv auf dem Chip integrierbar.

Dazu konstatiert Sebastian Schmidt, Product Marketing Manager für X-FABs Hochvolt-Produkte: „Unsere XT018-Technologie bietet exzellente Unterstützung beim Einsatz von dielektrisch isolierter Hochspannung bei der Schaltungsintegration. Eine derartige Isolierung ermöglicht den Einsatz unkomplizierter Designarchitekturen und ermöglicht so Entwicklungen mit kurzen Innovationszyklen durchzuführen und einem schnelleren Time-to-Market.“

Thomas Hartung, X-FAB: „Interessante XT018-Anwendungen sind etwa Dual-Voltage-DC-DC Converter, PoE (Power-over-Ethernet), Ultraschall-Transmitter und Piezo-Aktoren.“
Thomas Hartung, X-FAB: „Interessante XT018-Anwendungen sind etwa Dual-Voltage-DC-DC Converter, PoE (Power-over-Ethernet), Ultraschall-Transmitter und Piezo-Aktoren.“ (Bild: X-FAB)

Die X-FAB-Gruppe ist die führende analog/mixed-signal Foundry und fertigt im Kundenauftrag Siliziumwafer für analog-digitale integrierte Schaltkreise (Mixed-Signal-ICs). Das Unternehmen unterhält Waferfabriken in Erfurt, Dresden und Itzehoe (Deutschland), Lubbock (Texas, US) und Kuching (Sarawak, Malaysia) und beschäftigt rund 2400 Mitarbeiter weltweit.

Die Wafer werden auf der Grundlage modularer CMOS- und BiCMOS-Prozesse und MEMS-Prozesse in Technologien von 1,0 bis 0,13 µm gefertigt. Hauptanwendungsgebiete sind der Automobil-, Kommunikations-, Konsumgüter- und Industriebereich. Die Fertigungskapazität beträgt etwa 744.000 200-mm-äquivalente Wafer pro Jahr. Dabei hebt sich X-FAB nach eigenen Aussagen durch das spezifische Fachwissen in hochentwickelten analogen und gemischt analog-digitalen Prozesstechnologien von herkömmlichen Foundrydienstleitern ab. Denn die Technologien von X-FAB zielen nicht nur auf digitale Anwendungen mit kleinstmöglicher Strukturengröße ab, sondern sind vielmehr auf analoge Anwendungen ausgerichtet, in die zusätzliche Funktionen wie Hochvoltoptionen, nichtflüchtige Speicher oder Sensoren integriert werden können.

Weil die XT018-Technology auf SOI-Material basiert (Silicon-on-Insulator), ist dieser Prozess dadurch besonders für Anwendungen geeignet, die extremen Umweltbedingungen, hohen Temperaturen und harter Strahlung standhalten müssen. Eben durch die Verwendung von SOI als Basismaterial können sowohl Leckströme als auch parasitäre Kapazitäten deutlich reduziert werden. Aus diesem Grund ist die XT018-Technologie besonders für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch und erhöhten Anforderungen an die Schaltleistung geeignet. Weitere Vorteile sind beispielsweise auch ein kompaktes Layout, geringes Signalübersprechen, die Latch-up-Immunität, eine höhere elektromagnetische Verträglichkeit und geringere Design-Iterationen.

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