【摘要】：橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體(Lateral Double-diffused MOS FET,LDMOS)器件因其電極均位于器件表面,制造工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)在功率集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。擊穿電壓和導(dǎo)通電阻是LDMOS設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵參數(shù),如何提升兩者之間的折衷成為研究的熱點(diǎn)。超結(jié)思想兼具低導(dǎo)通電阻和高耐壓的特點(diǎn)。但是,將超結(jié)思想應(yīng)用到橫向功率器件的過程中,存在襯底輔助耗盡效應(yīng)問題,這大大惡化了器件的性能。且傳統(tǒng)三維超結(jié)器件制造工藝復(fù)雜,成本較高�；陔姾善胶獾乃枷�,本文提出兩類二維類超結(jié)LDMOS新結(jié)構(gòu),通過二維器件模擬軟件ME DICI對新結(jié)構(gòu)的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻與常規(guī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比分析研究,同時(shí)對新結(jié)構(gòu)中影響其性能的主要參數(shù)進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明新結(jié)構(gòu)較常規(guī)結(jié)構(gòu)的擊穿電壓和導(dǎo)通電阻之間的折衷得到明顯的提升。具體研究結(jié)果如下:(1)二維類SJ/RESURF LDMOS器件由于襯底輔助耗盡效應(yīng)在漏端最為嚴(yán)重,新結(jié)構(gòu)在漂移區(qū)靠近漏端位置內(nèi)引入了RESURF區(qū),從漏端對P柱區(qū)進(jìn)行耗盡,提高了器件的擊穿電壓。仿真結(jié)果表明:在相同的超結(jié)區(qū)摻雜濃度,同樣的漂移區(qū)長度(25μm)下,新結(jié)構(gòu)的擊穿電壓為407V,而常規(guī)的二維橫向超結(jié)LDMOS的擊穿電壓為202V。(2)具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件在器件反向耐壓時(shí),縱向電場引起的襯底輔助耗盡使得P柱中會出現(xiàn)多余電荷,且多余電荷的濃度由源到漏逐漸增加�；诖�,新結(jié)構(gòu)將超結(jié)柱區(qū)中的P柱區(qū)進(jìn)行了階梯摻雜,摻雜濃度從源側(cè)到漏測逐漸降低。一方面,P柱區(qū)將電荷摻雜濃度設(shè)計(jì)成階梯分布可以利用緩變結(jié)產(chǎn)生的新峰值電場來調(diào)節(jié)器件的表面電場,使漂移區(qū)電場均勻分布;另一方面,與以往的N柱區(qū)階梯摻雜相比,新結(jié)構(gòu)采用的P柱區(qū)階梯摻雜可以提高N柱區(qū)的摻雜濃度,降低導(dǎo)通狀態(tài)下的漂移區(qū)電阻。仿真結(jié)果表明:在相同的摻雜條件和漂移區(qū)長度(45μm)下,具有P柱區(qū)階梯摻雜的二維類SJ/R ESURF LDMOS器件的擊穿電壓達(dá)到了743V,而P柱區(qū)均勻摻雜的二維類SJ/RESURF LDMOS器件只有5 28V。
[Abstract]:Transverse double-diffused metal oxide semiconductor (Lateral Double-diffused MOS FET,LDMOS) devices have been widely used in power integrated circuits because their electrodes are located on the surface of the devices and the fabrication process is simple. Breakdown voltage and on-resistance are the key parameters to be taken into account in the design of LDMOS. How to improve the compromise between them has become a hot research topic. Superjunction has the characteristics of low on resistance and high voltage resistance. However, in the process of applying superjunction to transverse power devices, there exists the problem of substrate-assisted depletion, which greatly worsens the performance of the devices. Moreover, the manufacturing process of traditional 3D superjunction devices is complex and the cost is high. Based on the idea of charge balance, two kinds of two-dimensional superjunction-like LDMOS structures are proposed in this paper. The breakdown voltage and on-resistance of the new structures are compared with the conventional structures by means of two-dimensional device simulation software ME DICI. At the same time, the main parameters affecting the performance of the new structure are simulated and analyzed. The simulation results show that the tradeoff between the breakdown voltage and on-resistance of the new structure is much higher than that of the conventional structure. The specific results are as follows: (1) the substrate-assisted depletion effect of two-dimensional SJ/RESURF LDMOS-like devices is the most serious at the leakage end. The new structure introduces the RESURF region in the drift region near the leakage end, and exhausts the P-column region from the leakage end. The breakdown voltage of the device is increased. The simulation results show that the breakdown voltage of the new structure is 407V at the same doping concentration in the superjunction region and the same drift region length (25 渭 m). However, the breakdown voltage of the conventional two-dimensional transverse superjunction LDMOS is 202 V. (2) the substrate-assisted depletion caused by the longitudinal electric field causes the supercharge in the P-column when the two-dimensional SJ/RESURF LDMOS-like devices with step doping in the P-column have reverse withstand voltage. The concentration of excess charge increases gradually from source to drain. Based on this, the P-column region in the super-junction column is doped step by step in the new structure, and the doping concentration decreases gradually from the source side to the missing one. On the one hand, the new peak electric field produced by slow-changing junction can be used to adjust the surface electric field of the device by designing the charge doping concentration as ladder distribution in the P-column region, so that the electric field in the drift region can be evenly distributed. On the other hand, compared with the previous step doping in the N-column region, the P-column ladder doping in the new structure can increase the doping concentration in the N-column region and reduce the drift-zone resistance in the on-off state. The simulation results show that under the same doping conditions and drift region length (45 渭 m), the breakdown voltage of two-dimensional SJ/R ESURF LDMOS-like devices with step doping in the P-column region can reach 743V. The two-dimensional SJ/RESURF LDMOS-like devices with uniform doping in the P-column region have only 528V.
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN386

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳星弼,楊功銘;橫向結(jié)構(gòu)深結(jié)功率MOSFET漂移區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J];微電子學(xué);1988年04期

2 管小進(jìn);王子歐;帥柏林;;DDDMOS特性研究與建模[J];蘇州大學(xué)學(xué)報(bào)(工科版);2006年03期

3 李琦;王衛(wèi)東;趙秋明;晉良念;;薄型雙漂移區(qū)高壓器件新結(jié)構(gòu)的耐壓分析[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);2012年02期

4 楊坤進(jìn);汪德文;;逆導(dǎo)型非穿通絕緣柵雙極晶體管仿真[J];半導(dǎo)體技術(shù);2013年07期

5 馮銀寶;;雙漂移區(qū)離子注入毫米波雪崩二極管[J];半導(dǎo)體情報(bào);1972年01期

6 張琳嬌;楊建紅;劉亞虎;朱延超;;短漂移區(qū)靜電感應(yīng)晶體管的特性研究[J];半導(dǎo)體技術(shù);2013年03期

7 ;簡訊[J];半導(dǎo)體情報(bào);1974年06期

8 吳秀龍;陳軍寧;柯導(dǎo)明;孟堅(jiān);;高壓LDMOS功耗的分析[J];半導(dǎo)體技術(shù);2006年10期

9 文燕;;LDMOS模型設(shè)計(jì)及參數(shù)提取[J];電子與封裝;2012年07期

10 唐本奇,王曉春,高玉民,羅晉生;RESURF 二極管的低溫優(yōu)化模型[J];電力電子技術(shù);1997年04期

相關(guān)會議論文 前4條

1 馮松;高勇;楊媛;;1100V IGBT結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析[A];2008中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會第十一屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2008年

2 楊壽國;羅小蓉;李肇基;張波;;階梯厚度漂移區(qū)SOI新結(jié)構(gòu)耐壓分析[A];四川省電子學(xué)會半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會2006年度學(xué)術(shù)年會論文集[C];2006年

3 郭宇鋒;蹇彤;徐躍;王志功;;一種具有階梯漂移區(qū)的新型SOI橫向耐壓結(jié)構(gòu)[A];2008中國電工技術(shù)學(xué)會電力電子學(xué)會第十一屆學(xué)術(shù)年會論文摘要集[C];2008年

4 郭宇鋒;王志功;;階梯厚度漂移區(qū)SOI橫向高壓器件[A];第十屆中國科協(xié)年會論文集（四）[C];2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 王卓;薄層SOI高壓LDMOS器件模型與特性研究[D];電子科技大學(xué);2015年

2 伍偉;橫向超結(jié)器件模型與新結(jié)構(gòu)研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 李琦;薄漂移區(qū)橫向高壓器件耐壓模型及新結(jié)構(gòu)[D];電子科技大學(xué);2008年

4 孟堅(jiān);LDMOS的可靠性和溫度特性研究[D];安徽大學(xué);2007年

5 范杰;高壓低導(dǎo)通電阻SOI器件模型與新結(jié)構(gòu)[D];電子科技大學(xué);2013年

6 成建兵;橫向高壓DMOS體內(nèi)場優(yōu)化與新結(jié)構(gòu)[D];電子科技大學(xué);2009年

7 李俊宏;高介電常數(shù)材料在功率器件上的應(yīng)用研究與新器件的實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2013年

8 楊文偉;SOI RESURF原理研究及SOI LDMOS研制[D];中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2004年

9 高珊;復(fù)合柵多階梯場極板LDMOS電學(xué)特性的研究[D];安徽大學(xué);2007年

10 吳麗娟;電荷型高壓SOI器件模型與新結(jié)構(gòu)[D];電子科技大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 孔凡一;600V FS結(jié)構(gòu)IGBT的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

2 王驍瑋;高K介質(zhì)槽型功率MOS研究[D];電子科技大學(xué);2014年

3 鄭祿達(dá);單片開關(guān)電源控制芯片中橫向高壓功率器件的研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

4 王為;1200V RC Trench IGBT的設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2015年

5 楊騁;6500V IGBT設(shè)計(jì)及動態(tài)特性研究[D];電子科技大學(xué);2015年

6 范遠(yuǎn)航;新型低阻可集成SOI橫向功率器件研究[D];電子科技大學(xué);2014年

7 范葉;槽型低阻SOI橫向功率器件研究與設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

8 李鵬程;電導(dǎo)增強(qiáng)型高壓功率器件研究[D];電子科技大學(xué);2015年

9 鄒淅;應(yīng)變RF LDMOSFET的研究[D];電子科技大學(xué);2015年

10 裴曉延;具有多凹陷源/漏漂移區(qū)的4H-SiC MESFETs設(shè)計(jì)與仿真[D];西安電子科技大學(xué);2014年

，

本文編號：2467249