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%.     

SOI高压器件热载流子退化研究

提出一种可以表征STI型LDMOS器件各个区域界面陷阱密度分布的测试方法——MR-DCIV,利用该方法得到包括LDMOS器件的沟道区、积累区和漂移区在内的LDMOS器件界面陷阱密度在多种热载流子应力条件下的产生退化规律。针对界面陷阱的位置对LDMOS器件电学特性的影响进行分析,结果显示,在最大衬底电流应力模式下,产生的导通电阻退化最为严重,从而揭示不同于传统MOSFET器件导致LDMOS器件热载流子退化的机理。     

纳米双栅MOSFETs的量子格林函数模拟

采用一种量子动力学模型研究纳米MOSFET(场效应管)电流特性.该模型基于二维NEGF(非平衡格林函数)方程和Poisson方程自洽全量子数值解.使用该方法研究了纳米双栅MOSFET结构尺寸对电流特性的影响.模拟结果显示:越细长的沟道,器件的短沟效应越弱,器件的亚阈值斜率随栅氧化层增厚而加大.另外,通过分析器件不同区域的散射自能效应,得出减缓纳米双栅MOSFET电流性能下降的途径.所用模型具有概念清晰,求解稳定等特点.作为多体量子模型,本方法可应用于一维量子线及量子点阵列所构成的纳米器件,并有望在纳米MOSFET器件设计中得以应用.     

功率VDMOS器件的新型SPICE模型

为解决垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS器件)模型精确度差的问题,建立了一套新的VDMOS模型.与其他模型相比,该模型在VDMOS器件源极、漏极、栅极3个外部节点的基础上,又增加了4个内部节点,从而将VDMOS器件视为1个N沟道金属氧化物半导体(NMOS)与4个电阻的串联.采用表面势建模的原理计算了积累区的电阻,并对寄生结型场效应晶体管(JFET)耗尽及夹断2种状态进行分析,计算出寄生JFET区的电阻.分别考虑VDMOS器件外延层区与衬底区的电流路径,建立了这2个区域的电阻模型.模型仿真值与器件测试值的比较结果表明,该模型能够准确拟合VDMOS器件线性区、饱和区及准饱和区的电学特性.     

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.     

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.     

包含负阻效应的高压LDMOS子电路模型

高压MOS器件具有复杂和特殊的结构,存在自热效应与沟道长度调制效应.这些效应使饱和区电流会随电压的增加而减小,即存在负阻效应.为有效表征这一特性,使用标准器件建立子电路模型,通过合适的器件选择和参数设置来模拟负阻效应.同时,根据不同沟道区域的饱和原理,采用不同的模型与参数进行模拟,使子电路适用于不同栅压和漏压.子电路具有精确的模拟性能,在电路模拟中,可以作为一个黑匣子直接调用,克服传统BSIM3模型模拟上的不足.     

围栅金属氧化物半导体场效应管电流模型

针对深亚微米级围栅金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)处于堆积或反型时自由载流子对表面势影响显著的问题,提出了一种全耗尽圆柱形围栅MOSFET表面势和电流解析模型.考虑耗尽电荷和自由载流子的影响,采用逐次沟道近似法求解电势泊松方程,得到围栅MOSFET从堆积到耗尽,再到强反型的表面势模型,最后通过源漏两端的表面势得到了围栅器件从线性区到饱和区的连续电流模型,并利用器件数值仿真软件Sentaurus对表面势和电流模型进行了验证.研究结果表明,表面势在堆积区和强反型区分别趋于饱和,在耗尽区和弱反型区随栅压的增加而增加,同时漏压的增加将使得沟道夹断,此时表面势保持不变.增加掺杂浓度导致平带所需的负偏压变大,表面势增加.与现有的阈值电压模型相比,该模型的精确度提高了16%以上.     

基于表面势的碳化硅基VDMOS器件模型

为了满足功率电路及系统设计对碳化硅基垂直双注入金属氧化物半导体晶体管(VDM OS)模型的需求,建立了一套基于表面势计算方法的可描述碳化硅基VDM OS器件电学特性的模型.模型包括静态部分与动态部分.静态部分不仅分别针对沟道区、积累区、寄生结型场效应晶体管(JFET)区及N-外延层建立电流模型,还考虑了界面态对于阈值电压偏移与沟道迁移率的影响.动态部分中引入了界面陷阱对于电容的影响,完善了基于端电荷划分理论的动态模型.结果表明,所提器件模型的输出特性和转移特性的仿真结果与实测结果之间的均方根误差均小于5%,开关特性的仿真结果与实测结果之间的均方根误差小于10%.     

横向扩散金属氧化物半导体（LDMOS）晶体管特性与应用

LDMOS以其大功率、高线性度和高效率等优点得到广泛的应用。借助二维数值模拟器MEDICI,采用宏模型的建模概念与方法,给出了LDMOS的等效电路模型,用于电路仿真器HSPICE,取得了较好的仿真结果。模型的建立可以很好地指导LDMOS器件的应用。     

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%.     

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.     

A Fuzzy Logic-Based Modeling Method of Deciding Maintenance Policies

To make equipment maintenance policies more suitable to real operations,a fuzzy logic-based modeling method of deciding maintenance policies was proposed in this paper.Five maintenance policies which are built with downtime and breakdown frequency as decision criteria are discussed.To decide efficiently maintenance policies,the decision criteria are divided into low,medium,and high levels.On the basis of the levels,fuzzy sets and membership functions of the decision criteria are established with a fuzzy logic theory.A fuzzy logic algorithm of solving overall degree of satisfaction is presented to select the most efficient maintenance policy for equipment.Finally,the modeling method is tested.Experiment results show that the proposed method can solve efficiently problems of the traditional decision-making bias,and it is more valid and practical than the method of traditional decisionmaking grid (DMG).     

包含Kink效应的改进型GaN HEMTs模型

提出了一种GaN高电子迁移率晶体管（HEMTs）建模方法.该模型以ADS（advanced design system）中的符号定义器件SDD（symbolically defined device）为基础,结合宽带S-参数与脉冲直流测试数据,对GaN器件进行精确建模.本文所用晶体管为双指AlGaN/GaN HEMT器件,其栅长为90 nm,单指栅宽为40 μm.数据测试采用在片测试方法,在常规S参数测试和直流测试基础上,增加了脉冲直流测试,并针对测试数据体现的Kink效应和阈值电压漂移现象进行建模.研究结果表明,该模型可以准确拟合器件0~110 GHz S参数及直流特性,谐波平衡仿真显示该模型具有良好的收敛特性,可用于GaN HEMTs器件电路仿真.      

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。     

Surface-enhanced Raman scattering on dual-layer metallic grating structures

Dual-layer Metallic grating (DMG) structures as surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates are studied using ben-zenethiol as the probe analyte. The DMG structure consists of a SiO₂ grating and 100-nm-thick gold coating layers. An enhancement factor of 10⁵ is achieved by optimizing the SiO₂ grating height within the range from 165 to 550 nm. The enhancement factor dependence on the SiO₂ grating height is due to the surface plasmon excitation, which is dependent on the polarization of the incident light, and confirmed by finite difference time domain simulations. This study demonstrates the advantages of high uniformity, reproducibility and sensitivity in the DMG structures for SERS applications.     

基于激子理论的硅基位错环发光器件模型参数的计算

针对硅基位错环发光器件,根据激子理论的速率方程描述了发光二极管的光电特性,提出了一种模型参数的计算方法,建立了便于计算机仿真的HSPICE模型,计算的参数与已报道的实验基本一致,特别是理想系数大于2,束缚激子的热激活能级为6．3meV,自由激子复合概率和束缚激子分裂概率的比为0,006等参数比较符合物理事实．并得到了束缚激子和自由激子的发光强度与温度和注入电流的相互关系、结果表明激子在位错环发光器件中具有重要作用。     

基于混成自动机的车联网服务建模方法

针对汽车信息物理融合系统（CPS）软件的异构性、分布式等特点,提出一种车联网服务建膜方法.对混成自动机进行通信端口扩展,采用扩展的混成自动机作为形式化建模工具,从服务提供的角度,分别将待监测和控制的设备实体抽象为服务作为系统的基本组成单元.以汽车速度控制系统为例,说明该建模方法的有效性.     

LDMOS功率放大器热效应最小化偏置电路设计

LDMOS功率放大器热效应会导致放大器的性能恶化,在LDMOS场效应管自热效应模式的基础上分析和仿真了一种最小化器件热效应得偏置电路设计。实验结果证实了偏置电路的仿真设计方法的有效性。