本文關(guān)鍵詞：行掃描驅(qū)動(dòng)高壓SOI橫向功率器件與電路特性研究　出處：《電子科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：SOI(Silicon On Insulator,絕緣體上硅)高壓集成電路具有良好的隔離性、高速度、高集成度、低功耗、抗閂鎖和抗輻射等特點(diǎn),廣泛用于汽車電子、醫(yī)療電子、家用電器、工業(yè)控制、航空航天和照明應(yīng)用等領(lǐng)域,SOI技術(shù)已成為先進(jìn)硅集成技術(shù)的主流技術(shù)之一。行掃描驅(qū)動(dòng)電路作為SOI集成技術(shù)的應(yīng)用之一,常用于等離子顯示驅(qū)動(dòng)中。等離子顯示屏是一種新型直視式圖像顯示器件,其具有圖像效果出眾、刷新速度快、壽命長(zhǎng)、視角寬、光效及亮度高、工作溫度范圍寬等許多優(yōu)良特性。隨著其技術(shù)的廣泛應(yīng)用,具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的驅(qū)動(dòng)芯片的開(kāi)發(fā)意義重大�；赟OI技術(shù)的行掃描驅(qū)動(dòng)電路集合了SOI技術(shù)優(yōu)點(diǎn),相比體硅的驅(qū)動(dòng)電路更具優(yōu)勢(shì),而其中的高壓SOI橫向功率器件和相關(guān)電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。本文對(duì)高壓SOI器件耐壓機(jī)理進(jìn)行研究,建立高壓SOI器件耐壓模型,基于厚膜SOI材料,研究和設(shè)計(jì)用于行掃描驅(qū)動(dòng)的高壓SOI器件及電路,包括高壓PLDMOS(P-channel Lateral Double-diffused MOSFET)、NLDMOS(N-channel Lateral Double-diffused MOSFET),以及分頻器、輸入選擇電路、移位寄存器和電平位移電路等相關(guān)電路。本文所采用SOI材料的頂層硅厚度為11μm、埋氧層厚度為1μm,通過(guò)器件仿真設(shè)計(jì)NLDMOS和PLDMOS,研究器件特性并開(kāi)發(fā)其集成工藝,以滿足驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用需求。此外,對(duì)行掃描驅(qū)動(dòng)電路的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析,最終實(shí)現(xiàn)SOI基的等離子顯示平板(Plasma Display Panel,簡(jiǎn)稱PDP)高壓行掃描驅(qū)動(dòng)芯片。本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1.建立高壓SOI器件耐壓模型,設(shè)計(jì)高壓SOI NLDMOS和PLDMOS,并開(kāi)發(fā)相應(yīng)的集成工藝技術(shù)。本文建立了高壓SOI器件橫向和縱向耐壓模型,獲得器件擊穿時(shí)的電場(chǎng)電勢(shì)分布和RESUFR判據(jù)�；谀Ｐ椭笇�(dǎo),在11μm厚頂層硅、1μm厚埋氧層的SOI材料上,設(shè)計(jì)用于高壓行掃描驅(qū)動(dòng)電路中的薄柵氧SOI NLDMOS和厚柵氧SOI PLDMOS,研究場(chǎng)板、漂移區(qū)濃度等重要參數(shù)對(duì)器件關(guān)態(tài)和開(kāi)態(tài)特性的影響,依此對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí),本文開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容的SOI高壓集成工藝技術(shù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的高壓SOI NLDMOS和PLDMOS的關(guān)態(tài)耐壓分別達(dá)到210 V和-240 V。2.提出一種具有部分高K介質(zhì)埋層的SOI PLDMOS。此新器件結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的部分埋氧層替換為介電常數(shù)更高的Si3N4,降低了漂移區(qū)的積累層電阻,使器件獲得更低的比導(dǎo)通電阻,同時(shí)減弱了器件的自熱效應(yīng)。通過(guò)與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的仿真對(duì)比,新結(jié)構(gòu)保持了與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膿舸╇妷?但比導(dǎo)通電阻降低了24%,最高溫度降低了59%。3.設(shè)計(jì)一種高壓行掃描驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)的電路包括:f/6分頻器(FD)模塊、輸入選擇電路模塊、6 bit移位寄存器模塊、16 bit移位寄存器模塊、輸出信號(hào)產(chǎn)生電路模塊和電平位移電路模塊。對(duì)每個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行了分析,并仿真設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的PDP行掃描驅(qū)動(dòng)電路可實(shí)現(xiàn)150 V高壓電源的應(yīng)用,電路驅(qū)動(dòng)電流達(dá)-500 m A~+350 m A,且具有良好的抗輻射特性。同時(shí),本文還研究了一種垂直型恒流二極管,設(shè)計(jì)出一個(gè)夾斷電壓小于5 V,擊穿電壓約為250 V,電流密度約為1.5×10-5 A/μm,恒流特性良好的恒流二極管。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：1317187