På Swedish Microwave Days, på Chalmers i Göteborg, presenterade forskaren Lars Vestling vis Uppsala universitet hur man har lyckats  åstadkomma lateralt uppbyggda IGBTer genom att utnyttja SOI – kisel på isolator. En stor fördel är att man med detta byggsätt kan åstadkomma en komponent som är helt fri från ”latch up”. Komponenten står inför ett kommersiellt genombrott i företaget Comheat Microwave AB. De första komponenter finns redan framme och till sommaren startar produktionen hos en europeisk kiselsmedja.

EiN har tidigare rapporterat om SOI-forskningen vid Uppsala universitet. Läs mer om det på https://www.elinor.se/index.php/RF-effekttransistorer-i-Si-konkurrerar-med-GaN.html . När det skrevs, i början av 2010, var avsikten att åstadkomma LDMOS på nytt sätt. Men vissa hinder gjorde att det skulle bli svårt att producera komponenterna i praktiken.
Forskningen gick in på ett annat spår, som nu ser ut att bära frukt. Lars Vestling och Klas-Håkan Eklund står inför produktion av en helt ny typ av komponenter som skall börja tillverkas med start i sommar: en lateralt utförd IGBT, LIGBT, på SOI.
Fördelen med en IGBT är att den kan leda ström med större densitet än en LDMOS vilket innebär att resistansen i ledande tillstånd är mycket lägre. Den har dock ett framspänningsfall som man måste ta hänsyn till vid lågspänningstillämpningar.
En IGBT kan dra hög ström redan vid låg DRAIN-spänning. Ett önskemål har varit att kunna bygga IGBTer lateralt. Problemet har dock varit tendensen till ”latch-upp”, redan vid låga spänningar.

– Det som sker är att en hålström som flyter i p-basregionen triggar elektroninmatningen i n+source vilket effektivt kortsluter komponenten. En okontrollerbar ström flyter genom komponenten, förklarade Lars Vestling.
Försök att åstadkomma LIGBT har gjorts tidigare. Det nya sättet innebär en layoutförändring som resulterat i helt ”latch up”-fria komponenter.
{mosimage}
Tack vare att MOSFET respektive bipolär transistor, eller PIN-diod, kan isoleras från varandra kan deras mått optimeras, var och en för sig. MOS-transitorn genererar strömmen medan PNP-transistor medger hög ström. ON-resistansen bestäms av MOS-transistorn och inte av  längden av drivregionen.
Separationen av  gör det möjligt att sänka gatespänningen och individuellt skräddarsy denna för önskad nivå. Det gör att komponenten har kunnat utformas för att direkt drivas från 3,3 V eller 5 V CMOS.
Jämfört med en LDMOS-komponent, utförd i samma process, kan strömmen i LIGBT typiskt uppgå till 70 mA medan den är 20 mA för en LDMOS vid samma drain-spänning. Temperaturkoefficienten är tre gånger bättre än för LDMOS.
Comheat inleder med att producera LIGBTer med 200 V märkspänning för några Amperes tålighet. Var finns då applikationerna för dessa?
– Den stora marknaden är motorstyrning, säger Klas-Håkan Eklund, Comheat Microwave AB.
Mindre stegmotorer kan behöva spänningar upp till 70 V. En annan applikation av LIGBT är att driva större IGBTer, t ex i växelriktare (invertrar) för solceller.
– Tack vare SOI går det utmärkt att bygga H-bryggor med LIGBT. Genom att varje LIGBT på en wafer ligger på en isolerade ”öar” går det utmärkt att driva de övre elementen i bryggan, något som annars hade skapat problem. H-bryggor står som vårt nästa utvecklingsprojekt.
En annan tänkbar utvecklingsväg är att kombinera en MOSFET med PIN-diod.
– Det finns en stor potential för TR-switchar i radiosystem. Problemet med att driva dessa löses elegant tack vare SOI-tekniken. Ytterligare en potentiell marknad finns för drivkretsar till displayer.
Uppmätta prestanda visar F_T ~3 GHz och f_MAX ~10 GHz.

Filed under: SvenskTeknik