Recirculation phenomena in fast diodes applications

Smart Power IC can be subjected to high recirculation current through body-drain diodes of High Voltage MOS when the output circuitry is facing an inductive load. Within the new generations of technologies, the switching frequency increases to boost product efficiency, but showing some phenomena which were negligible, other than a well-known efficiency loss due to intrinsic diodes conduction. The purpose of this work is to characterize one particular phenomenon that could potentially harm the device: the trigger of the parasitic bipolar transistor of the low side power MOS, when it is forced to turn-off abruptly during diode forward conduction. This phenomenon will be studied both theoretically and experimentally with the help of TCAD simulations and laboratory measurements. The TCAD simulations will be used also to study layout variations that improve the device robustness.

I circuiti integrati della famiglia Smart Power possono essere soggetti ad un’alta corrente di ricircolo che si verifica all'interno dei diodi body-drain nell’High Voltage MOS quando il circuito di uscita è collegato a un carico induttivo. Con l’avvento delle nuove generazioni di tecnologie, la frequenza di commutazione aumenta per migliorare l’efficienza dei prodotti, evidenziando pero’ alcuni fenomeni prima trascurabili, oltre alla ben nota perdita di efficienza dovuta alla conduzione intrinseca dei diodi. Lo scopo di questo lavoro è quello di caratterizzare un particolare fenomeno che potrebbe potenzialmente danneggiare il dispositivo: il trigger del transistor bipolare parassita all'interno del low side Power MOS in configurazione half bridge. Questo fenomeno viene studiato sia teoricamente che sperimentalmente con l'ausilio di simulazioni TCAD e misure di laboratorio. Le simulazioni TCAD vengono utilizzate anche per studiare variazioni di layout che migliorano la robustezza del dispositivo.