本文選題：DC-DC轉(zhuǎn)換器　切入點(diǎn)：Power　出處：《東南大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：Power MOS器件具有特征導(dǎo)通電阻小、開關(guān)速度快及集成密度高等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于DC-DC開關(guān)電源轉(zhuǎn)換器中。然而,Power MOS器件作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的核心單元,經(jīng)常工作在高電壓、大電流及強(qiáng)電場(chǎng)的條件下,存在著較高的失效風(fēng)險(xiǎn)。目前,關(guān)于Power MOS器件的研究還主要集中于中高壓器件,而較少關(guān)注應(yīng)用越來越廣泛的低壓Power MOS,因此,迫切需要對(duì)低壓Power MOS器件的電學(xué)性能及可靠性展開深入研究,這對(duì)研制高性能低壓大功率DC-DC轉(zhuǎn)換器具有重要意義。本文從DC-DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用需求出發(fā),著重研究了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)與版圖布局兩方面因素對(duì)低壓Power MOS器件特征導(dǎo)通電阻、擊穿特性以及靜電泄放(Electrostatic Discharge,簡(jiǎn)稱ESD)防護(hù)能力的影響,并對(duì)其內(nèi)在物理機(jī)理進(jìn)行了深入探討。對(duì)于特征導(dǎo)通電阻的研究,使用最小二乘法對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,進(jìn)而對(duì)各因素的影響程度進(jìn)行量化比較和分析：對(duì)于擊穿特性的研究,通過關(guān)態(tài)擊穿電壓和開態(tài)擊穿電壓兩方面指標(biāo)對(duì)器件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)；對(duì)于ESD魯棒性的研究,以二次擊穿電流值作為其ESD防護(hù)能力的判別標(biāo)準(zhǔn),深入分析了各參數(shù)對(duì)于器件ESD防護(hù)能力及失效類型影響的物理機(jī)理。綜合上述研究結(jié)果,確定了低壓Power MOS器件最優(yōu)的結(jié)構(gòu)和版圖參數(shù)。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,所設(shè)計(jì)Power MOS器件關(guān)態(tài)擊穿電壓BVoff=10.1V,開態(tài)擊穿電壓BVon=9.6V,特征導(dǎo)通電阻Rdson, sp=4.5mΩ·mm2,人體放電模式(Human-Body Model,簡(jiǎn)稱HBM)下ESD8kV,達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)指標(biāo)。該器件已成功應(yīng)用于一款5V-3.3V/2A降壓型同步整流DC-DC轉(zhuǎn)換器。
[Abstract]:Power MOS devices have been widely used in DC-DC switching power supply converters due to their advantages of low on-resistance, high switching speed and high integration density. However, as the core units of DC-DC converters, MOS devices often work in high voltage. Under the condition of high current and strong electric field, there is a high risk of failure. At present, the research on Power MOS devices is mainly focused on medium-high voltage devices, but less on low-voltage Power MOSs, which are more and more widely used. The electrical properties and reliability of low-voltage Power MOS devices need to be deeply studied, which is of great significance to the development of high performance low-voltage and high-power DC-DC converters. This paper starts from the application requirements of DC-DC converters. The effects of structure parameters and layout on the characteristic on-resistance, breakdown characteristics and electrostatic discharge (ESD) protection of low-voltage Power MOS devices are studied. For the study of characteristic on-resistance, the least square method is used to fit the test data, and then the influence degree of each factor is compared and analyzed quantitatively. The device is evaluated synthetically by two aspects of on-off breakdown voltage and on-state breakdown voltage, and the secondary breakdown current value is used as the criterion of ESD protection ability for the research of ESD robustness. The physical mechanism of the influence of each parameter on the ESD protection ability and failure type of the device is analyzed in depth. The optimum structure and layout parameters of the low-voltage Power MOS device are determined by synthesizing the above results. The test data show that the optimum structure and layout parameters of the low-voltage Power MOS device are obtained. The designed Power MOS device has been successfully applied to a 5V-3.3V/2A step-down synchronous rectifier DC-DC converter. The designed Power MOS device has a breakdown voltage of 10.1V, an on-state breakdown voltage of 9.6V, a characteristic on-resistance of Rdson, a sp=4.5m 惟 mm2, and an ESD of 8kV under the human discharge mode Human-Body Model (HBMs). The device has been successfully applied to a 5V-3.3V/2A step-down synchronous rectifier DC-DC converter.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN386

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