發(fā)布時間：2021-08-04 09:31

　　電能以其便于傳輸、轉(zhuǎn)化、無污染等特性在人類社會的發(fā)展中占有舉足輕重的地位。而電能并不能被直接使用而是需要通過半導(dǎo)體功率器件進(jìn)行電能的轉(zhuǎn)換。其中功率MOS器件因具備輸入阻抗較高、易于驅(qū)動、高開關(guān)頻率、可集成度高等優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用。然而,功率MOS器件的擊穿電壓（Brokendown Voltage,BV）與比導(dǎo)通電阻（SpecificOn-Resistance,Ron,sp）均受制于漂移區(qū)長度與濃度,因此兩者之間存在不可避免的矛盾關(guān)系“硅極限”（RRon,sp∝BV2.5）。為解決這一矛盾,超結(jié)結(jié)構(gòu)被提了出來。其打破了硅極限,更是將比導(dǎo)通電阻與耐壓之間的關(guān)系降低到了 1.32次方,稱之為“功率MOS器件里程碑”。超結(jié)結(jié)構(gòu)應(yīng)用在橫向MOS器件中時受到襯底輔助耗盡效應(yīng)（Substrate assisted depletion effect,SAD）的影響從而使器件的耐壓急劇降低。為消除SAD效應(yīng),本文基于等效襯底模型理論,從優(yōu)化電荷補(bǔ)償層（Charge Compensation Layer,CCL）的的角度出發(fā),分別針對體硅和SOI襯底提出了兩種新型的器件結(jié)構(gòu)。利用仿真軟件對兩種器件結(jié)構(gòu)進(jìn)... 

【文章來源】：長沙理工大學(xué)湖南省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２刻蝕、淀積工藝生成超結(jié)??

?第一章緒論???濃度分布與形狀的方法以實現(xiàn)超結(jié)層的電荷平衡［２３＿２５］。３、通過在超結(jié)層和襯底之間加??入ＣＣＬ層，并對ＣＣＬ層內(nèi)的補(bǔ)償電荷分布進(jìn)行優(yōu)化以達(dá)到實現(xiàn)消除ＳＡＤ效應(yīng)的目的。??［２６－３９］??（１）如圖１．３?（ａ）所示為具有藍(lán)寶石襯底的橫向超結(jié)結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)將橫向超結(jié)結(jié)??構(gòu)放置在藍(lán)寶石襯底上，由于襯底為藍(lán)寶石結(jié)構(gòu)所以不會額外引入負(fù)電荷，從而抑制??ＳＡＤ效應(yīng)，但是藍(lán)寶石的成本比較高并且不利于給襯底添加電極并加壓。同時，藍(lán)寶石??與硅的界面特性較差，因此該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用受到很大的限制［２１】。另一種方法是在ＳＯＩ基襯??底材料的基礎(chǔ)上，在表面做超結(jié)層，并將埋氧層下方的襯底材料刻蝕掉，如圖１．３?（ｂ）??所示。從而消除ＳＡＤ效應(yīng)的影響，并能減小襯底電位對漂移區(qū)多子的影響，提高器件??開關(guān)速度。然而該結(jié)構(gòu)要在工藝上實現(xiàn)還需要特殊的襯底刻蝕工藝，增加了工藝的難度??與成本??

隨著工藝技術(shù)的發(fā)展，先在襯底進(jìn)行外延得到超結(jié)層的Ｎ條，在通過刻蝕工藝將超??結(jié)中的Ｐ條刻蝕出來，接著進(jìn)行外延工藝生成Ｐ條，再進(jìn)行拋光工藝實現(xiàn)表面的平坦化。??工藝步驟如圖１．２所示。該方法和多次外延工藝制造超結(jié)相比成本更低，同時也可以獲??得較低的超結(jié)層寬度［１５－１７］。但是該方法也對工藝設(shè)備有較高的要求。在現(xiàn)在的橫向??ＳＪ?ＭＯＳ器件中超結(jié)層的制作多采用這樣的方法。??￣＂１??＇：?ｐ條??Ｑ回??圖１．２刻蝕、淀積工藝生成超結(jié)??１．２．３橫向超結(jié)ＭＯＳ結(jié)構(gòu)國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀??高壓ＬＤＭＯＳ?（Ｌａｔｅｒａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｆｆｉｉｓｅｄＭＯＳＦＥＴ）器件由于高集成度等特性成為??功率集成電路（Ｐｏｗｅｒ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ，?ＰＩＣ）的核心。ＳＪ結(jié)構(gòu)在縱向ＭＯＳ器件中的??成功應(yīng)用，自然也被眾多科研人員用于這種橫向ＭＯＳ器件之中，致力于提高器件的擊??穿電壓的以及降低其比導(dǎo)通電阻Ｍｌ。但是，ＳＪ結(jié)構(gòu)應(yīng)用在橫向ＭＯＳ功率器件中時遭遇??了很大的麻煩。致使其擊穿電壓和比導(dǎo)通電阻之間的關(guān)系并不理想。其中最主要的原因??就是，ＳＪ結(jié)構(gòu)在橫向ＭＯＳ器件中位于器件的表面，其下為Ｐ型摻雜的襯底，超結(jié)層中??的Ｎ條會受到Ｐ型襯底的耗盡作用，從而打破超結(jié)層ＰＮ條之間的電荷平衡，使得器件??的耐壓急劇降低％。??ＳＡＤ效應(yīng)的實質(zhì)是橫向Ｎ條和ｐ型襯底之間形成了一個縱向的ＰＮ結(jié)，隨著漏極電??壓的增加，該ＰＮ結(jié)所形成的耗盡層也會隨之展寬，Ｎ條內(nèi)的多子一部分被Ｐ型襯底耗??盡

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]功率超結(jié)器件的理論與優(yōu)化[J]. 張波,章文通,喬明,李肇基.  中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2016(10)
[2]新型緩沖層分區(qū)電場調(diào)制橫向雙擴(kuò)散超結(jié)功率器件[J]. 段寶興,曹震,袁嵩,袁小寧,楊銀堂.  物理學(xué)報. 2014(24)
[3]超結(jié)器件[J]. 陳星弼.  電力電子技術(shù). 2008(12)
[4]超結(jié)理論的產(chǎn)生與發(fā)展[J]. 田波,程序,亢寶位.  微電子學(xué). 2006(01)

博士論文
[1]超結(jié)功率器件等效襯底模型與非全耗盡工作模式研究[D]. 章文通.電子科技大學(xué) 2016
[2]橫向超結(jié)器件模型與新結(jié)構(gòu)研究[D]. 伍偉.電子科技大學(xué) 2014
[3]電荷型高壓SOI器件模型與新結(jié)構(gòu)[D]. 吳麗娟.電子科技大學(xué) 2011
[4]SOI橫向高壓器件縱向耐壓理論與新結(jié)構(gòu)[D]. 胡盛東.電子科技大學(xué) 2010
[5]基于介質(zhì)電場增強(qiáng)理論的SOI橫向高壓器件與耐壓模型[D]. 羅小蓉.電子科技大學(xué) 2007
[6]SOI橫向高壓器件耐壓模型和新器件結(jié)構(gòu)研究[D]. 郭宇鋒.電子科技大學(xué) 2005

碩士論文
[1]基于電荷平衡的超結(jié)LDMOS仿真和工藝設(shè)計[D]. 袁小寧.西安電子科技大學(xué) 2015
[2]SOI橫向超結(jié)器件耐壓理論研究[D]. 魏雪觀.南京郵電大學(xué) 2012



本文編號：3321456