基于衬底偏压电场调制的高压器件新结构及耐压模型

提出一种基于衬底偏压电场调制的薄层硅基LDMOS高压器件新结构,称为SB LDMOS.通过在高阻P型衬底背面注入N~+薄层,衬底反偏电压的电场调制作用重新分配体内电场,纵向漏端电压由源端和漏端下两个衬底PN结分担,器件的击穿特性显著改善.求解漂移区电势的二维Poisson方程,获得表面电场和击穿电压的解析式,研究器件结构参数对表面电场和击穿电压的影响.仿真结果表明,与埋层LDMOS相比,SB LDMOS击穿电压提高63%.     

一种新型低阻SOIP—LDMOS研究

提出了一种新型SOIP—LDMOS器件，其大部分漂移区不覆盖场氧，从而避免了因生长场氧的高温过程而引起的硼杂质分凝效应，并在制备场氧、栅氧之后进行漂移区表面注入，由于注入后没有长时间的高温过程，进一步提高了漂移区表面的掺杂浓度。模拟结果表明新型P—LDMOS性能得到明显改善，与传统P—LDMOS相比开态导通电阻降低了24．7％，击穿电压提高了17．3％，饱和电流提高了26．7％。     

降场层对SOI LDMOS击穿特性的影响

借助二维器件仿真软件MEDICI对double RESURF（双重降低表面电场）SOI LDMOS进行了深入研究,分析了降场层的浓度、长度、深度等参数的变化对器件击穿特性的影响.结果表明,无论是降场层浓度、长度还是深度,都存在优值,通过优化这些参数,击穿电压由单RESURF结构的222 V提高到double RESURF结构的236 V,而相应的漂移区浓度由6×1015 cm-3提高到9×1015 cm-3,减小了器件导通电阻.降场层的存在缓解了器件耐压与导通电阻的矛盾关系.     

110V体硅LDMOS器件研究

利用SILVACO TCAD工艺仿真和器件仿真软件研究了110V体硅LDMOS器件的几个重要参数对器件耐压特性的影响,研究结果表明,漂移区剂量存在一个最优值,过大将导致漂移区难以耗尽而使得沟道与漂移区边界发生击穿,而过小则导致漂移区迅速耗尽而在漏端表面发生击穿;衬底浓度低对提高开态击穿电压有一定效果,但低浓度衬底难以在CMOS工艺中使用;场氧与P阱和漂移区的PN结界面距离在零或者略大于零时器件耐压性有最优值;栅极板长度存在最优值,栅极板过长或过短都将使得器件的击穿电压有所降低。     

薄层SOI场pLDMOS击穿机理研究

为了解决薄层SOI(silicon-on-insulator)场LDMOS(laterally diffused metal oxide semiconductor)击穿电压偏低,容易发生背栅穿通的问题,提出一种基于场注入技术的薄层SOI场pLDMOS(p-channel lateral double-diffused MOSFET).通过建立该场pLDMOS的穿通机制数学模型,分析了其4种击穿机理:背栅穿通、沟道横向穿通、横向雪崩击穿和纵向雪崩击穿.仿真结果表明,场注入技术穿过厚场氧层向下注入硼杂质,通过控制注入能量和体区浓度获得浅结深,从而提高器件对背栅穿通的抵抗力;优化的沟道长度和埋氧层厚度分别消除了沟道的横向穿通和纵向雪崩击穿;双层场板结构调制器件表面电场分布,避免了器件过早地横向雪崩击穿.在优化器件相关结构参数和工艺参数基础上,成功基于1.5 μm厚顶层硅SOI材料研制出耐压300 V的场pLDMOS.相比较于常规厚层场pLDMOS器件,顶层硅厚度由大于5μm减小到1.5 μm.     

VDMOSFET终端场板的设计考虑

对最基本的场板结构,通过理论推导,深入讨论了场板下氧化层厚度与击穿电压、氧化层玷污所带正电荷电量之间的关系;又给出了场板长度值与击穿电压和P*区结深之间的关系,为VDMOSFET的结构设计和工艺实施提供了理论的依据。     

考虑场板边缘效应的SOI-pLDMOS表面电场模型及器件优化设计

针对带有栅极场板的绝缘体上硅p型横向双扩散场效应晶体管(SOI-p LDMOS),提出了一种新型表面电场解析模型.相比于传统模型,该模型充分考虑了场板边缘效应对电场分布的影响,验证结果显示新模型能更好地符合Medici数值仿真结果.此外,基于所建立的器件表面电场模型,研究了栅极场板长度(包括多晶硅场板和金属场板)及漂移区掺杂浓度对器件表面电场分布和击穿特性的影响,进而对SOI-p LDMOS进行了优化设计.流片测试表明,所建立的新型表面电场解析模型能够很好地指导器件参数设计,实现了器件耐压和导通电阻的最佳折中.     

槽栅槽源SOI LDMOS器件结构设计与仿真

为了提高SOI(silicon on insulator)器件的击穿电压,同时降低器件的比导通电阻,提出一种槽栅槽源SOI LDMOS(lateral double-diffused metal oxide semiconductor)器件新结构.该结构采用了槽栅和槽源,在漂移区形成了纵向导电沟道和电子积累层,使器件保持了较短的电流传导路径,同时扩展了电流在纵向的传导面积,显著降低了器件的比导通电阻.槽栅调制了漂移区电场,同时,纵向栅氧层承担了部分漏极电压,使器件击穿电压得到提高.借助2维数值仿真软件MEDICI详细分析了器件的击穿特性和导通电阻特性.仿真结果表明:在保证最高优值的条件下,该结构的击穿电压和比导通电阻与传统SOI LDMOS相比,分别提高和降低了8%和45%.     

优化电极场畸变间隙开关动作特性的实验研究

对电极经过优化设计的场畸变间隙开关的可控特性和击穿时延进行了较深入的研究。结果表明：当触发电极距下电极的距离为主电极距离的1/4和1/3处时,最低可靠击穿电压只有自击穿电压的55.8%和74.5%。适当下移触发电极可明显增大可控击穿电压范围。开关击穿时延受主间隙电压影响较大,触发电压对开关击穿时延的影响不显著。     

终端带单一场环的P＋N结击电压分析

利用了平面结击穿电压的归一化表达式,研究了终端带单一场环的P＋N结击穿电压特性,通过解峰值电场方程,给出了确定主结与单浮环最佳间距的简便方法,得到了在未穿通情况下,具有单场保护环平面终端端优化设计的理论公式。     

双导层结构横向功率器件的导通电阻模型及应用研究

横向高压器件是智能功率集成电路的核心器件,而漂移区结构参数是影响器件导通和击穿性能的重要因素。为此,提出了LDMOS三种经典结构的导通电阻模型并研究了漂移区结构参数对导通电阻的影响,它们分别是:Single RESURF,Double RESURF,Dual conduction layer结构。然后借助这些模型研究了漂移区掺杂浓度、漂移区长度、漂移区厚度对器件导通电阻的影响。利用MATLAB计算相同器件参数下模型的解析结果。对比模型的解析结果和仿真结果,发现解析结果和仿真结果基本一致,证明了解析模型的正确性。     

高压LDMOS反相器功耗的计算

根据以前所建立的高压LDMOS宏模型,分析了用阱作为高阻漂移区的LDMOS组成的反相器,提出了计算其功耗的公式,从而解决了在高压LDMOS组成的功率集成电路设计中功耗无法估算的难题.通过半导体数值模拟软件Medici的仿真,可以得到计算结果与仿真的结果是一致的.最后根据功耗的计算公式,提出了一个减小电路功耗的方法.     

高压大功率VDMOSFET终端技术的研究

对实现ＶＤＭＯＳＦＥＴ高耐压水平的场限环结合场板的结终端技术进行了研究．分析了表面电荷密度对耐压水平和优化环间距的影响．计算结果与文献中的数值模拟结果相符合     

VDMOSFET的终端优化设计

主要介绍了VDMOSFET的终端优化设计，讨论了已有终端结构中的场环、场板技术，工作原理，以一种新型的高频VDMOSFET与模拟栅相结合的结构为例，详细讨论了场板在减少反馈电容、提高器件的击穿电压、降低导通电组、改善跨导、提高输出电阻、改进安全工作区方面的理论机制及作用。     

VDMOS结构击穿电压的设计与分析

本文引用了附加有浮动电位保护环和场板的ＶＤＭＯＳ结构击穿电压的解析表达式,描述了浮动电位保护环和场板效应的对穿通击穿电压的改进,经比较,理论结果与测量数据有较好的一致性。     

SOI RESURF器件高压互连线效应的二维解析模型

高压互连线效应是影响集成功率器件性能的重要因素之一.首先提出一个高压互连线效应对SOI横向高压器件的漂移区电势和电场分布影响的二维解析模型,进而得到漂移区在不完全耗尽和完全耗尽情况下的器件击穿电压解析表达式,而后利用所建立的模型,研究器件结构参数对击穿特性的影响规律,定量揭示在高压互连线作用下器件击穿多生在阳极PN结的物理本质,指出通过优化场氧厚度可以弱化高压互连线对器件击穿的负面影响,并给出用于指导设计的理论公式.模型的正确性通过半导体二维器件仿真软件MEDICI进行了验证.