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24 Elektronik 11 2021 Leistungselektronik Werden mehr heiße Elektronen bereitgestellt lässt sich der Einfangmechanismus beschleunigen Dafür wurde die in Bild 2 gezeigte Schaltung erstellt die bei maximaler UDS einen hohen IDSS in das Bauelement einspeist Diese Schaltung ist eine der von JEDEC JEP173 vorgeschlagenen hart schaltenden Topologien 2 Bild 3 zeigt wie der RDS on des eGaNFETs EPC2045 5 Generation bei verschiedenen Spannungsbelastungen und Temperaturen mit der Zeit ansteigt Links wurden die Bauelemente bei +25 °Cmit Spannungen von 60 Vbis 150 Vgetestet der EPC2045 bietet eine UDS max von 100 V Die horizontale Achse zeigt die Zeit Minuten im logarithmischen Maßstab wobei die rechte Seite bei zehn Jahren endet Die Grafik rechts zeigt die Entwicklung des RDS on bei einer Vorspannung von 150 Vbei verschiedenen Temperaturen Entgegen aller Erfahrung steigt der Durchlasswiderstand bei niedrigeren Temperaturen schneller an Dies steht jedoch im Einklang mit der Hot-Carrier-Injektion da heiße Elektronen bei niedrigen Temperaturen weiter streuen und daher durch das gegebene elektrische Feld auf größere kinetische Energien beschleunigt werden Elektronen können so in ungewollte Bereiche streuen wo sie gefangen werden Dies deutet darauf hin dass herkömmliche Testund Qualifizierungsmethoden bei denen ein Bauelement bei maximaler Spannung und Temperatur mit niedriger Elektronen-Injektionsrate getestet wird möglicherweise nicht ausreichen um die Zuverlässigkeit des Bauelements zu bestimmen Bild 4 zeigt ähnliche Daten für die 200-VeGaN-FETs EPC2215 der fünften Generation Wichtige verbleibende Fragen sind ➔ Gibt es eine auf der Bauteilphysik basierte Theorie um den logarithmischen zeitlichen Anstieg sowie das beobachtete Temperaturund Spannungsverhalten zu erklären? ➔ Wie hängt der RDS on vom Schaltstrom und der Schaltfrequenz ab? ➔ Wie verhält sich der dynamische RDS on bei induktivem und bei resistivem harten Schalten? ➔ Kann diese Theorie zu einem kompakten mathematischen Modell führen das den dynamischen RDS on unter verschiedenen Drain-Spannungen und Temperaturen vorhersagt? Ein physikalisch basiertes Modell des dynamischen RDS on für eGaN-FETs wurde erstmals in 3 abgeleitet und ist in der Lage alle oben genannten Fragen zu beantworten Physikalisch basierte Modelle EPC hat ein mathematisches Grundmodell entwickelt um die Auswirkungen des dynamischen RDS on in eGaN-FETs aus der Streuung heißer Ladungsträger in Oberflächen-Traps herzuleiten Das Bild 3 RDS on des eGaN-FETs EPC2045 5 Generation über der Zeit bei verschiedenen Spannungsbelastungen und Temperaturen Links wurden die Bauelemente bei +25 °Cund Spannungen von 60 Vbis 150 Vgetestet Die Grafik rechts zeigt die Entwicklung des RDS on bei 150 Vund zwei Temperaturen Die Punkte sind tatsächliche Messungen die durchgezogenen Linien repräsentieren die Vorhersagen aus Gleichung 1 Bild Efficient Power Conversion Bild 4 links Normalisierter RDS on des 200-V-Bausteins EPC2215 bei drei Spannungen alle bei +75 °C Zu beachten ist dass 280 V 40 % über der maximalen Nennspannung liegt rechts EPC2215 bei +75 °Cund +125 °Csowie 200 V Die durchgezogenen Linien sind das Ergebnis aus Gleichung 1 mit Variablen für 200-V-Bausteine Die Punkte sind tatsächliche Messungen Bild Efficient Power Conversion Bild 5 Modellierter RDS on über der Zeit bei drei verschiedenen Schaltfrequenzen die zwei Größenordnungen abdecken Zu beachten ist dass der Effekt der Frequenzänderung nur ein kleiner vertikaler Offset in der Kennlinie ist Bild Efficient Power Conversion