任意纵向变掺杂横向功率器件二维耐压模型

基于二维泊松方程的解,建立了漂移区全耗尽和不全耗尽情况下任意纵向掺杂的横向功率器件二维电场分布模型,进而导出了纵向和横向击穿电压表达式,得到了一个新的RESURF判据.借助此模型,研究了漂移区纵向杂质分布分别为均匀、线性递减、线性递增和高斯四种典型分布的功率器件的耐压机理和工作特性.解析结果和半导体器件仿真器MEDICI的数值结果吻合较好,验证了模型的准确性.     

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.     

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%.     

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%.     

带有p型岛的超低导通电阻绝缘体上硅器件新结构

为了减小绝缘体上硅(SOI)器件的比导通电阻,提高器件的击穿电压,提出一种带有p型岛的SOI器件新结构.该结构的特征如下:首先,漂移区周围采用U型栅结构,在开启状态下,U型栅侧壁形成高密度电子积累层,提供了一个从源极到漏极低电阻电流路径,实现了超低比导通电阻;其次,在漂移区引入的氧化槽折叠了漂移区长度,大大提高了击穿电压;最后,在氧化槽中引入一个p型岛,该高掺杂p型岛使漂移区电场得到重新分配,提高了击穿电压,且p型岛的加入增大了漂移区浓度,使器件比导通电阻进一步降低.结果表明:在最高优值条件下,器件尺寸相同时,相比传统SOI结构,新结构的击穿电压提高了140%,比导通电阻降低了51.9%.     

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.     

基于SOI工艺下600V LDNMOS的设计与分析

基于SOI工艺,运用SILVACO公司的工艺仿真(Athena)和器件仿真(Atlas)模拟软件,结合实际流片测试结果完成对600 V LDNMOS的设计和器件性能分析.整个器件采用环形版图结构,以优化器件的横向尺寸,漏端漂移区通过渐变掺杂技术(VLD)调节器件表面横向电场分布,并在漂移区上方加入一定厚度的槽氧层,从而增大器件的源漏击穿电压.流片测试结果(Vth=1.7 V,Idsat=48 mA,BV=550 V)表明,器件的各项指标基本达到预期目标,实现了设计和分析的目的.     

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。     

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。     

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.     

巨型功率晶体管场限环研究

通过解联立一维泊松方程得到了场限环结构的电场和电位分布.讨论了环间距、环宽、N-掺杂浓度、结深和表面电荷密度等参数的影响,得出了归一化击穿电压和环间距计算值.用这些计算值可以推算多环间结构的击穿电压和作为场限环设计的依据.     

SOI双槽隔离结构的耐压特性

理论推导了绝缘体上硅(SOI)双槽隔离结构的耐压模型.该模型表明,在SOI双槽隔离结构中,因隔离氧化层压降的不均衡,高压侧隔离氧化层提前发生介质击穿,从而导致SOI双槽隔离结构的临界击穿电压小于理论值.增大沟槽纵横比和减小槽间距可以减弱隔离氧化层上压降的不均衡性,提高SOI双槽隔离结构的临界击穿电压.Sentaurus器件仿真软件的模拟结果和华润上华半导体有限公司0.5μm 200 V SOI工艺平台下的流片测试结果均证明,减小槽间距和增大沟槽纵横比是提高双槽隔离结构临界击穿电压的有效方法,同时也证明了该耐压模型的正确性.     

漂移区槽氧高压SOI-LDMOS器件模型

为了获得SOI-LDMOS器件耐压和比导通电阻的良好折衷,提出了一种漂移区槽氧SOI-LDMOS高压器件新结构．利用漂移区槽氧和栅、漏场板优化横向电场提高了横向耐压和漂移区的渗杂浓度．借助二维仿真软件对该器件的耐压和比导通电阻特性进行了研究,结果表明该器件与常规SOI—LDMOS结构相比在相同漂移区长度下耐压提高了31％．在相同耐压下比导通电阻降低了34．8％．     

聚合物的空间电荷效应与电击穿机理

本文采用电声脉冲法,实测了聚乙烯试样中空间电荷分布,在特制的试样上,显示了均匀电场中空间电荷在直流击穿和短路击穿中的极性效应.空间电荷效应、交直流叠加和升压速度的实验结果表明,均匀电场中聚乙烯的击穿规律与极不均匀电场中树枝化的特性是一致的,进一步证明了 Budenstein 的实验发现,即均匀电场中聚合物的击穿起始于界面的树枝化.最后,作者用高氏树枝化新理论,对击穿现象作出了满意的解释.     

MOS反型层和多晶硅栅量子效应的解析模型

在超深亚微米MOS器件中,量子效应对器件特性的影响很大.根据改进后的三角势场近似和曲线拟合,同时对MOS器件反型层和多晶硅栅中电子的量子效应进行了建模,得到了一个基于物理的解析模型,利用该模型计算MOS器件的阈值电压,与数值模拟的结果比较表明,模型的精度令人满意.