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SUPER-JUNCTION EO POWER - OTTOBRE 2021 XV In una struttura planare (Fig.1, diagramma di sinistra e grafico), partendo dalla superficie e percorrendo l’asse y, incontriamo dapprima il p-body, quindi la pendenza è po- sitiva fino a quando si raggiunge il punto A. Da A a B si in- contra il drain con polarità inversa, pertanto la pendenza diventa negativa. Da B fino al substrato la polarità è “più negativa” essendo il materiale di tipo n- per cui in assolu- to la pendenza aumenta. L’area in azzurro nel diagramma rappresenta la tensione che il MOSFET è chiamato a tenere all’OFF, come detto prima. Nel diagramma corrisponden- te alla super-giunzione si vede invece che l’introduzione della colonna di tipo p cambia l’andamento del campo elettrico. Infatti, da C ad A il campo elettrico si mantiene costante (il body e la colonna sono entrambi di tipo p) poi la pendenza cambia segno a causa del drain e del substra- to. Conseguentemente, l’area sottesa da E è maggiore così come lo è la tensione V2 rispetto a V1. Ecco come l’intro- duzione della colonna p riesce a far aumentare la tensione che il transistore può reggere. Possiamo anche dire che, per data tensione, è possibile ridurre la resistività di drain e quindi abbassare la resistenza in conduzione (Ron). Evoluzione della tecnologia Sin dal loro avvento, i transistori MDmesh sono stati con- tinuamente migliorati e ottimizzati cosa che ha avvan- taggiato diverse applicazioni nel campo dell’elettronica di potenza. Inoltre, i processi tecnologici necessari a pro- durre le colonne verticali sono stati costantemente rivisti per migliorare le rese di produzione ed aumentare la ro- bustezza dei dispositivi realizzati. In funzione delle varie tipologie circuitali la tecnologia MDmesh ha reso possibile l’introduzione di famiglie di prodotti dedicati e ottimizzati il che dà al progettista di sistemi ampia libertà nello sce- Fig. 1 – MOSFET planare (sinistra) e super-giunzione MDmesh (destra) gliere la versione che meglio si adatta ai requisiti dell’ap- plicazione in gioco. Ad esempio, la famiglia MDmesh M2 presenta il miglior rapporto costo/prestazioni nel range di tensione da 400 V a 650 V con varianti che separatamen- te si rivolgono a topologie PFC (power factor correction), convertitore risonante LLC “soft-switching” nonché a configurazioni circuitali a ponte e con tensioni che arri- vano fino a 1.700 V. La stessa tecnologia si può anche abbinare alle tecniche di controllo della vita media dei portatori minoritari (mi- nority carrier lifetime) mediante impianto di ioni platino con lo scopo di ridurre il tempo di recupero t rr e della ca- rica associata, Q rr , del diodo intrinseco e di migliorare la dV/dt (serie MDmesh DM). Tali caratteristiche rendono la tecnologia ideale nelle topologie di alta potenza a ponte e a “phase-shift”. Una versione con diodo veloce di questo tipo può anche competere con IGBT (insulated-gate bipo- lar transistor) in controllo motore di bassa potenza grazie all’eliminazione del diodo esterno antiparallelo che invece accompagna gli IGBT. Nella figura 2 è riportato, in termini di curve di efficienza, un esempio di convertitore DC-AC da 150 W per un compressore da frigorifero. Fig. 2 – Curve di efficienza di un convertitore DC-AC per compressore frigorifero per un MDmesh con diodo intrinseco veloce e per un IGBT con diodo di ricircolo assemblati nel package del tipo DPAK. Condizioni di prova: 0.23 Nm (carico) 220 V 50 Hz (tensione d’ingresso)