Transistores de potencia STripFET

STMicroelectronics, uno de los mayores fabricantes mundiales de semiconductores, ha introducido una nueva familia de transistores de 30V para montaje superficial (SMD) con una resistencia-on máxima de sólo 2 m? para incrementar la eficiencia energética en ordenadores y equipos de telecomunicaciones y redes.

Beneficiándose del proceso STripFET™ VI DeepGATE™, que ofrece elevada densidad de celda equivalente, ST ofrece la mejor RDS(ON) de la industria en relación al tamaño de chip activo. Con esta mejora del veinte por ciento con respecto a la generación anterior, es posible usar encapsulados pequeños de montaje superficial para conmutar reguladores y convertidores DC-DC. La tecnología también consigue minimizar la carga de puerta para permitir que los diseñadores usen frecuencias elevadas de conmutación y, por consiguiente, especifiquen componentes pasivos (como inductores y condensadores) de menores dimensiones.

Los principales encapsulados estándares de la industria, incluyendo SO-8, DPAK, PowerFLAT™ de 5 x 6 y 3.3 x 3.3 mm, PolarPAK®, IPAK ‘through-hole’ y SOT23-6L, poseen compatibilidad con las distribuciones actuales pad / pin, al mismo tiempo que mejoran la eficiencia y la densidad eléctrica. De esta forma, ST amplía las oportunidades de aplicación de su familia STripFET VI DeepGATE.

Entre los primeros dispositivos introducidos que utilizan este nuevo proceso destacan el STL150N3LLH6, que dota de la menor RDS(ON) por área en el encapsulado PowerFLAT de 5 x 6 mm, y el STD150N3LLH6 con una RDS(ON) de 2.4 m? en un encapsulado DPAK.

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Nuevo MOSFET de potencia para aplicaciones de conmutación en automoción

STMicroelectronics, líder mundial en semiconductores, ha anunciado un nuevo MOSFET de potencia de elevada corriente que, diseñado específicamente para el mercado de automoción, se beneficia de la última optimización de la tecnología STripFET de la compañía para lograr una resistencia muy baja. El modelo STD95N04 es un dispositivo DPAK de 40 V con una Rds(on) máxima de 6.5 mΩ.
El nuevo dispositivo de 80 A se ha diseñado para aplicaciones de convertidores DC-DC, control de motores, drivers de solenoide y sistemas ABS. El STD95N04 es extremadamente competitivo en precio y rendimiento de resistencia-ON con respecto a otros productos convencionales fabricados con tecnología ˜trench™. La Rds(on) típica se sitúa en los 5 mΩ y mantiene el requerimiento de drive de límite estándar.
El STD95N04 es compatible con la calificación AEC Q101 Stress Test para semiconductores discretos, el estándar establecido por el Comité Técnico del AEC (Consejo de Electrónica de Automoción) para componentes empleados en este entorno de la automoción.
La nueva tecnología ST STripFET se basa en una mayor densidad de celda, logrando una reducción en la resistencia-on y en las pérdidas y usando menos área de silicio. Otros MOSFET de potencia en proceso de desarrollo emplearán esta misma tecnología para responder a los requerimientos DPAK (30 V, nivel lógico, 4.5 mΩ a 4.5 V) y DPAK2 (40 V, nivel estándar, 2mΩ a 10 V).
El STD95N04 se encuentra disponible en encapsulados DPAK y TO-220.

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MOSFET de potencia de ST fueron desarrollados para utilizarse en aplicaciones de alta eficiencia.

STMicroelectronics presentó recientemente su nueva línea de transistores MOSFET de potencia, construidos utilizando la segunda generación la tecnología MDmesh (Multiple Drain Mesh), propiedad de la compañía.

ST señaló que los nuevos dispositivos fueron desarrollados para utilizarse, entre otras aplicaciones, en fuentes de poder switcheadas, sistemas de corrección de factor de potencia y adaptadores de potencia, debido a que reducen sustancialmente el consumo de potencia, respecto a la primera generación MDmesh.

Como ejemplo de este rendimiento, ST aseguró que el MOSFET, STP25NM60N, un dispositivo de 600V, ofrece una eficiencia en el consumo de energía de 98%, entregando una potencia de carga de 250Watts.

Uno de los miembros de esta familia, el ofrece una eficiencia de 98% a 23Voltios de corriente alterna, con una salida de potencia de 250Watts, informó la compañía a manera de ejemplo.

La segunda generación de la tecnología MDmesh incluye una innovadora estructura de drenaje, implementada como un arreglo de particiones con tiras verticales de material tipo p, alineadas con las tiras tipo n de la fuente.

Esta nueva estructura se traduce en una reducción de 40% en la resistencia de encendido (RON), provocando a su vez una reducción significativa en el consumo de potencia del transistor.

Adicionalmente a esta reducción en las pérdidas de encendido, los nuevos MOSFET logran tener menores pérdidas por conmutación, gracias a un mejor control en las capacitancias intrínsecas del dispositivo.

Otra característica de esta nueva arquitectura es la posibilidad de manejar mayores corrientes, con menores tensiones VGS utilizadas en el control de los dispositivos, aseguró ST.

La nueva familia de MOSFET incluye 4 dispositivos de 500 voltios y 140mOhm, 4 de 500V y 380mOhm y 4 más de 600Vy 170mOhm, todos disponibles en diferentes versiones de empaquetado como TO-247, TO-220,TO-220FP y D2PAK/I2PAK.

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Control de velocidad PWM para motor de CC

Este circuito permite alterar la velocidad desde detenido hasta el máximo posible del motor por medio de un potenciómetro. Gracias a que funciona por modulación de ancho de pulso la fuerza del motor se ve poco afectada incluso a velocidades mínimas.

El circuito se basa en un integrado NE555 el cual genera el tren de impulsos necesario para controlar el transistor, el cual acciona por pulsos el motor de continua. El diodo en paralelo con el motor impide que, cuando se quita la corriente, el transistor se queme. Los componentes entre los terminales 2, 6 y 7 del integrado regulan la frecuencia de oscilación del circuito y, por ende, la velocidad del motor. El transistor, con un buen disipador de calor, puede manejar hasta 75W de potencia.

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MOSFETs de Potencia

Para fuentes de alimentación , así como para inverter y alimentación de motores que son conectados a corrientes trifásicas AC 380V hasta 500V, los circuitos deben ser diseñados resistentes a tensiones de hasta 1500V , para cumplir con las normas existentes. Especialmente para estas aplicaciones le ofrecemos el MOSFET de alta tensión y corriente de Sanyo de hasta 1500V , la alternativa a IGBT´s convencionales. Así es más fácil obtener una mejor eficiencia y a su vez la supresión de interferencias.

Propiedades

Bajas resistencias internas por medio de una nueva técnica BOND en los tipos SMD de alta corriente.

Efecto avalancha controlado por un perfil óptimo.

Fabricado en estructura patentada CMS (Contact Shift Margin).

Gran variedad de MOSFETs de 1500 V. Bajas resistencias internas por medio de una nueva técnica BOND en los tipos SMD de alta corriente

Aplicaciones

Alimentación de motores e Inverters de alto rendimiento.

Puentes en corrientes trifásicas y convertidores de energía.

Aparatos de frecuencia intermedia para soldadura.

New patented CSM (Contact Shift Margin) Structure

Lower internal resistance due to new bonding method at high-current SMD types

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High-Speed, High-Voltage Gate Driver IC and Half-Bridge FredFET Combo Delivered in Compact 11-Pin SIP (MiniSIP)

EL SEGUNDO, Calif. February 2004 - International Rectifier, IR® (NYSE: IRF) today introduced the IR3101, a high performance, integrated half-bridge inverter for appliance motor drive applications. The IR3101 simplifies half-bridge inverter designs for one-, two- or three-phase motor drives for refrigerator compressors, fans and pumps up to 400W (up to 250W with no heat-sink cooling).

The IR3101 is a complete driver IC with proprietary HVIC and latch immune CMOS technologies. The output features two built-in HEXFET® power MOSFETs with ultra-fast recovery body diode characteristics (FredFET) that deliver low di/dt gate drive for better noise immunity and low losses.

Mor Hezi, International Rectifier Marketing Manager for the Consumer and Industrial Business Unit, said, "Because the IR3101 is so small, component layout can be optimized for smaller PCB space, reducing unwanted EMI emissions. In addition, designers using the new device can save design time and reduce component count."

Propagation delays for the high- and low-side power FredFET devices are matched for better synchronized switching characteristics and lower output distortion. The device can operate up to the maximum input voltage rating of 500V up to 150°Celsius. The fully-isolated MiniSIP package includes ESD protection on all leads and has isolation ratings to 1500Vrms/min.

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High electron mobility transistor

High electron mobility transistor (HEMT), also known as heterostructure FET (HFET) or modulation-doped FET (MODFET), is a field effect transistor incorporating a junction between two materials with different band gaps (i.e., a heterojunction) as the channel instead of a doped region, as is generally the case for MOSFET. A commonly used material combination is GaAs with AlGaAs, though there is wide variation, dependent on the application of the device. Devices incorporating more indium generally show better high-frequency performance, while in recent years, gallium nitride HEMTs have attracted attention due to their high-power performance.

To allow conduction, semiconductors are doped with impurities which donate mobile electrons (or holes). However, these electrons are slowed down through collisions with the impurities (dopants) used to generate them in the first place. HEMTs avoid this through the use of high mobility electrons generated using the heterojunction of a highly-doped wide-bandgap n-type donor-supply layer (AlGaAs in our example) and a non-doped narrow-bandgap channel layer with no dopant impurities (GaAs in this case).

The electrons generated in the thin n-type AlGaAs layer drop completely into the GaAs layer to form a depleted AlGaAs layer, because the heterojunction created by different band-gap materials forms a quantum well (a steep canyon) in the conduction band on the GaAs side where the electrons can move quickly without colliding with any impurities because the GaAs layer is undoped, and from which they cannot escape. The effect of this is to create a very thin layer of highly mobile conducting electrons with very high concentration, giving the channel very low resistivity (or to put it another way, "high electron mobility"). This layer is called a two-

dimensional electron gas. As with all the other types of FETs, a voltage applied to the gate alters the conductivity of this layer.

Ordinarily, the two different materials used for a heterojunction must have the same lattice constant (spacing between the atoms). As an analogy, imagine pushing together two plastic combs with a slightly different spacing. At regular intervals, you'll see two teeth clump together. In semiconductors, these discontinuities are a kind of "trap", and greatly reduce device performance.

A HEMT where this rule is violated is called a pHEMT or pseudomorphic HEMT. This is achieved by using an extremely thin layer of one of the materials – so thin that the crystal lattice simply stretches to fit the other material. This technique allows the construction of transistors with larger bandgap differences than otherwise possible, giving them better performance.

Another way to use materials of different lattice constants is to place a buffer layer between them. This is done in the mHEMT or metamorphic HEMT, an advancement of the pHEMT. The buffer layer is made of AlInAs, with the indium concentration graded so that it can match the lattice constant of both the GaAs substrate and the GaInAs channel. This brings the advantage that practically any Indium concentration in the channel can be realized, so the devices can be optimized for different applications (low indium concentration provides low noise; high indium concentration gives high gain).

Applications are similar to those of MESFETs – microwave and millimeter wave communications, imaging, radar, and radio astronomy – any application where high gain and low noise at high frequencies are required. HEMTs have shown current gain to frequencies greater than 600 GHz and power gain to frequencies greater than 1 THz. (Heterojunction bipolar transistors were demonstrated at current gain frequencies over 600 GHz in April 2005.) Numerous companies worldwide develop and manufacture HEMT-based devices. These can be discrete transistors but are more usually in the form of a 'monolithic microwave integrated circuit' (MMIC). HEMTs are found in many types of equipment ranging from cellphones and DBS receivers to electronic warfare systems such as radar and for radio astronomy.

The invention of the HEMT is usually attributed to Takashi Mimura (三村 高志) (Fujitsu, Japan). However, Ray Dingle and his co-workers in Bell Laboratories also played an important role in the invention of the HEMT.

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Transistor IGBT

El transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, del inglés Insulated Gate Bipolar Transistor) es un dispositivo semiconductor que generalmente se aplica como interruptor controlado en circuitos de electrónica de potencia.

Este dispositivo posee la características de las señales de puerta de los transistores de efecto campo con la capacidad de alta corriente y voltaje de baja saturación del transistor bipolar, combinando una puerta aislada FET para la entrada de control y un transistor bipolar como interruptor en un solo dispositivo. El circuito de excitación del IGBT es como el del MOSFET, mientras que las características de conducción son como las del BJT.

Los transistores IGBT han permitido desarrollos que no habian sido viables hasta entonces, en particular en los Variadores de frecuencia así como en las aplicaciones en maquinas eléctricas y convertidores de potencia que nos acompañan cada día y por todas partes, sin que seamos particularmente conscientes de eso: automóvil, tren, metro, autobús, avión, barco, ascensor, electrodoméstico, televisión, domótica, Sistemas de Alimentación Ininterrumpida o SAI (en Inglés UPS), etc.

Símbolo más extendido del IGBT: Gate o puerta (G), colector (C) y emisor (E).

Características

El IGBT es adecuado para velocidades de conmutación de hasta 20 KHz y ha sustituido al BJT en muchas aplicaciones. Es usado en aplicaciones de altas y medias energía como fuente conmutada, control de la tracción en motores y cocina de inducción. Grandes módulos de IGBT consisten en muchos dispositivos colocados en paralelo que pueden manejar altas corrientes del orden de cientos de amperios con voltajes de bloqueo de 6.000 voltios.

Se puede concebir el IGBT como un transistor Darlington híbrido. Tiene la capacidad de manejo de corriente de un bipolar pero no requiere de la corriente de base para mantenerse en conducción. Sin embargo las corrientes transitorias de conmutacion de la base pueden ser igualmente altas. En aplicaciones de electronica de potencia es intermedio entre los tiristores y los mosfet. Maneja más potencia que los segundos siendo más lento que ellos y lo inverso respecto a los primeros.

Este es un dispositivo para la conmutación en sistemas de alta tensión. La tensión de control de puerta es de unos 15 V. Esto ofrece la ventaja de controlar sistemas de potencia aplicando una señal eléctrica de entrada muy débil en la puerta.

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MODFET

The modulated-doping field effect transistor or modulation-doped field effect transistor (MODFET) is a type of a field-effect transistor, also known as the High Electron Mobility Transistor (HEMT). Like other FETs, MODFETs are used in integrated circuits as digital on-off switches. FETs can also be used as amplifiers for large amounts of current using a small voltage as a control signal. Both of these uses are made possible by the FET’s unique current-voltage characteristics.

Manufacture

MODFETs can be manufactured by epitaxial growth of a strained SiGe layer. In the strained layer, the germanium content increases linearly to around 40-50%. This concentration of germanium allows the formation of a quantum well structure with a high conduction band offset and a high density of very mobile charge carriers. The end result is a FET with ultra-high switching speeds and low noise. InGaAs/AlGaAs, AlGaN/InGaN, and other compounds are also used in place of SiGe. InP and GaN are starting to replace SiGe as the base material in MODFETs because of their better noise and power ratios.

Conceptual analysis

MODFETs are heterojunctions. This means that the semiconductors used have dissimilar band gaps. For instance, silicon has a band gap of 1.1 electron volts (eV), while germanium has a band gap of .67 eV. When a heterojunction is formed, the conduction band and valence band throughout the material must bend in order to form a continuous level.

MODFETs exceptional carrier mobility and switching speed come from the following conditions. The wide band element is doped with donor atoms; thus it has excess electrons in its conduction band. These electrons will diffuse to the adjacent narrow band material’s conduction band due to the availability of states with lower energy. The movement of electrons will cause a change in potential and thus an electric field between the materials. The electric field will push electrons back to the wide band element’s conduction band. The diffusion process continues until electron diffusion and electron drift balance each other, creating a junction at equilibrium similar to a p-n junction. Note that the undoped narrow band gap material now has excess majority charge carriers. The fact that the charge carriers are majority carriers yields high switching speeds, and the fact that the low band gap semiconductor is undoped means that there are no donor atoms to cause scattering and thus yields high mobility.

An important aspect of MODFETS is that the band discontinuities across the conduction and valence bands can be modified separately. This allows the type of carriers in and out of the device to be controlled. As HEMTs require electrons to be the main carriers, a graded doping can be applied in one of the materials making the conduction band discontinuity smaller, and keeping the valence band discontinuity the same. This diffusion of carriers leads to the accumulation of electrons along the boundary of the two regions inside the narrow band gap material. The accumulation of electrons leads to a very high current in these devices. The accumulated electrons are also known as 2 DEG or two dimension electron gas.

Advantages

Advantages of MODFETs are as follows: Firstly, they have high gain. This makes them useful as amplifiers. Secondly, they have high switching speeds, which are achieved because the main charge carriers in MODFETs are majority carriers, and minority carriers are not significantly involved. Thirdly, MODFETs have extremely low noise values because the current variation in these devices is low compared to other FETs

Uses

HEMTs are widely used in satellite receivers, in low power amplifiers and in the defense industry.

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MESFET

MESFET stands for metal semiconductor field effect transistor. It is quite similar to a JFET in construction and terminology. The difference is that instead of using a p-n junction for a gate, a Schottky (metal-semiconductor) junction is used. MESFETs are usually constructed in compound semiconductor technologies lacking high quality surface passivation such as GaAs, InP, or SiC, and are faster but more expensive than silicon-based JFETs or MOSFETs. Production MESFETs are operated up to approximately 45 GHz, and are commonly used for microwave frequency communications and radar. From a digital circuit design perspective, it is increasingly difficult to use MESFETs as the basis for digital integrated circuits as the scale of integration goes up, compared to CMOS silicon based fabrication.


Application
Numerous MESFET fabrication possibilities have been explored for a wide variety of semiconductor systems. Some of the main application areas are:
military communications
military radar devices
commercial optoelectronics
satellite communications

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