APEC 2017 SiC-MOSFETs richtig eindesignen

Tief eingetaucht ist Monolith Semiconductor bei seinem Intensivseminar zu Silizimkarbid auf der APEC 2017
Tief eingetaucht ist Monolith Semiconductor bei seinem Intensivseminar zu Silizimkarbid auf der APEC 2017

Der erste Tag der APEC 2017 ist den insgesamt zwölf Professional Seminars gewidmet. Eine der Intensivschulungen sollte Anwender dafür fit machen, Siliziumkarbid-MOSFETs für ihr nächstes Projekt bestmöglich zu nutzen.

Einen »Deep Dive into Power Converter Design with SiC« unternahmen drei Experten von Monolith Semiconductor am Vormittag des ersten Konferenztages. Kernaussage war: »Siliziumkarbid ist bereit. Jetzt geht es darum, wie sie in der eigenen Anwendung richtig eingesetzt werden.«

Dr. Sujit Banerjee, der CEO von Monolith, gab zunächst einen Überblick zum Markt und zu den besonderen Eigenschaften von SiC-Schaltern. Wichtig sei, dass sich Anwender darüber im Klaren sein müssten, dass SiC-MOSFETs ein ganz anderes Verhalten haben als Silizium-IGBTs; vielmehr ähnelten sie Silizium-MOSFETs.

Doch auch zu Silizium-MOSFETs gibt es Unterschiede: So die ist Gate-Source-Spannung UGS bei Silizium-MOSFETs symmetrisch (z. B. –20 V bis +20 V), bei SiC-MOSFET aber unsymmetrisch (z. B. –10 V bis +25 V). Des Weiteren kann ein Si-MOSFET nicht mehr Drain-Strom ID leiten, wenn UGS von 10 V auf 20 V angehoben wird. SiC-MOSFETs können jedoch bei einer UGS von 20 V wesentlich mehr Strom leiten als bei 10 V.

Kernaussage des Teils von Dr. Kevin Matocha war: »SiC-MOSFETs sind genauso wie Silizium-MOSFETs, nur eben härter. Und das Gate-Oxid ist genauso zuverlässig wie bei Silizium-MOSFETs.« Dazu zeigte er einige Diagramme, die beweisen sollten, dass bei +200 °C und einer elektrischen Feldstärke von 6 MV/cm das Gate-Oxid über hundert Jahre halte. Dies lege seiner Meinung nach den Schluss nahe, dass der Verschleiß am Gate-Oxid kein signifikanter Faktor für Feldausfälle sei, wenn die SiC-MOSFETs innerhalb ihrer Spezifikationen betrieben werden.

Dr. Xuning Zhang schließlich bestritt die zweite Hälfte dieses Intensivseminars. Er konzentrierte sich darauf, wie Anwender SiC-MOSFETs richtig ansteuern. Ein wichtiger Punkt dabei sei das richtige Platinenlayout, da die Anstiege von Strom (di/dt) und Spannung (du/dt) viel schneller seien als bei Siliziumschaltern. Daher seien Streuinduktivitäten und -kapazitäten noch weiter zu reduzieren. Auch die Messtechnik müsse so schnelle di/dt und du/dt korrekt nachvollziehen können, weshalb er passive Tastköpfe für die Spannungsmessung sowie koaxiale Shunts für die Strommessung empfahl. SiC-MOSFETs zeigen eine entsprechend gute Avalanche- und Kurzschlussfestigkeit, allerdings müssen die Schutzschaltungen in diesem Fall schneller ansprechen.