Echtzeitüberwachung für Integrierte Schaltungen

Forscher der Universität Stuttgart haben eine Echtzeitüberwachung für Schnelle Integrierte Schaltungen entwickelt, die mittels integrierter Regelungseinheit einen Durchbruch verhindert. [...]

Die Neuentwicklung der Universität Stuttgart könnte Oszillator-Schaltungen wie Radaranlagen oder „Smart Power“-Schaltungen noch leistungsfähiger machen. An den in allen Bauelementen vorhandenen pn-Übergängen tritt der Durchbruch ab einer kritischen Feldstärke auf. Die Schaltung wird dadurch zerstört oder unbrauchbar.
Durchbruchüberwachung
Die Durchbruchüberwachung der Erfindung wird in Echtzeit durch eine in das Halbleiterbauteil (IC) integrierte Photodiode realisiert. Ein pn-Übergang emittiert während eines Durchbruchs immer optische Strahlung. Diese Lichtemission wird durch die in der unmittelbaren Nähe integrierte Photodiode erfasst. In Abhängigkeit dieser erfassten Strahlung wird dann die an den pn-Übergang angelegte Spannung beziehungsweise der Strom geregelt. Bei Ansteigen der Lichtemission des pn-Übergangs über einen Grenzwert wird der Strom (Spannung) verringert, bis die optische Emission wieder unter dem Grenzwert liegt.
Über diese innovative Regelung wird ein vollständiger Durchbruch des Bauelements effektiv verhindert. Der Arbeitspunkt eines Transistors zum Beispiel kann somit unmittelbar vor den Durchbruch gelegt werden. Es ist möglich, in einer integrierten Schaltung mehrere durchbruchgefährdete pn-Übergänge zu überwachen. Die Regelungseinheit kann ebenfalls in das IC integriert werden. Mithilfe dieser Überwachung lässt sich – ohne die Gefahr einer Zerstörung – der Betriebsbereich ausweiten und die Leistungsausbeute erhöhen.
Leistungsfähigere Transistoren
Neben einer höheren Zuverlässigkeit von ICs ist somit auch eine Vergrößerung des Betriebsbereichs der Transistoren und der integrierten Schaltungen möglich. Die Streuung der Bauelementedaten verursacht ebenfalls keine Probleme, weil ein bevorstehender Durchbruch erkannt und vermieden beziehungsweise jeder Transistor an seiner Durchbruchgrenze individuell gesteuert werden kann. Dadurch werden eine optimale Ausnutzung der Schaltungen, ein höherer Betriebstemperaturbereich, eine höhere Leistung und eine längere Lebensdauer möglich. Die Erfindung ist besonders für Oszillator-Schaltungen von Vorteil. Solche Schaltungen sind in Radargeräte für automobile Assistenzsysteme eingebaut.