本文關(guān)鍵詞：高壓SOI-pLDMOS器件可靠性機(jī)理及模型研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：絕緣體上硅(SO1)功率集成器件具有集成密度高、靜態(tài)功耗低、開(kāi)關(guān)速度快及抗閂鎖能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),而p型橫向雙擴(kuò)散MOS器件(pLDMOS)作為高邊驅(qū)動(dòng)可以簡(jiǎn)化功率集成電路的復(fù)雜度,減小芯片面積,因此,SOI-pLDMOS器件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于平板顯示驅(qū)動(dòng)芯片、浮棚驅(qū)動(dòng)芯片、電源管理芯片及音頻功放芯片等諸多功率集成電路中。近年來(lái),新型SOI-pLDMOS器件不斷涌現(xiàn),其開(kāi)關(guān)特性、電流密度及擊穿能力等電學(xué)特性已大幅提升,但其自身面臨的可靠性問(wèn)題卻依然嚴(yán)重,甚至成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸,迫切需要對(duì)SOI-pLDMOS的可靠性機(jī)理及相關(guān)模型展開(kāi)深入研究,這對(duì)研制長(zhǎng)壽命SOI-pLDMOS器件及相關(guān)功率集成電路具有重要意義。本文從系統(tǒng)應(yīng)用需求出發(fā),詳細(xì)研究了SOI-pLDMOS器件的熱載流子退化、dv/dt應(yīng)力損傷及靜電泄放(ESD)失效等可靠性問(wèn)題,揭示了其可靠性?xún)?nèi)在機(jī)理,建立了相應(yīng)的表征模型；進(jìn)而基于研究結(jié)果,提出了高可靠的SOI-pLDMOS器件,并成功應(yīng)用于高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片。在課題研究過(guò)程中,以第一作者發(fā)表SCI論文10篇,參加國(guó)際會(huì)議4次,申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)(1項(xiàng)已授權(quán)),此外,本文的研究成果已作為重要內(nèi)容榮獲2013年教育部技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)(第4完成人)。論文主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下：1、揭示了SOI-pLDMOS器件在Ibmax應(yīng)力下的熱載流子退化機(jī)理為溝道區(qū)界面態(tài)產(chǎn)生和柵極金屬場(chǎng)板末端熱電子注入氧化層,而Igmax應(yīng)力下的退化機(jī)理為溝道區(qū)和漂移區(qū)均有界面態(tài)產(chǎn)生,且溝道區(qū)還有大量的熱空穴注入柵氧化層；進(jìn)而基于退化機(jī)理,建立了SOI-pLDMOS器件熱載流子退化壽命模型,模型的誤差小于2%。2、提出了一種帶有倒置HV-nwell的新型SOI-pLDMOS器件,該器件不僅可以將器件關(guān)態(tài)擊穿電壓和開(kāi)態(tài)電流密度分別提升11.3%和10%,還能有效地減小器件的熱載流子退化程度,將器件的工作壽命延長(zhǎng)25%。3、揭示了SOI-pLDMOS器件在dv/dt應(yīng)力下的大效機(jī)理為反向恢復(fù)電流觸發(fā)寄生PNP三極管,并建立了SOI-pLDMOS器件的dv/dt應(yīng)力失效模型,模型誤差小于8%；進(jìn)而提出了一種源端帶有高濃度n++注入層的新型SOI-pLDMOS器件結(jié)構(gòu),該器件可以在不影響常規(guī)電學(xué)特性的前提下,有效地抑制寄生三極管的觸發(fā),將SOI-pLDMOS器件抗擊dv/dt沖擊能力提升34%。4、發(fā)現(xiàn)了SOI-pLDMOS器件的ESD響應(yīng)行為曲線(xiàn)沒(méi)有類(lèi)似n型高壓器件的snapback現(xiàn)象,只分為阻斷區(qū)、雪崩區(qū)和二次擊穿區(qū),并研究了器件在不同響應(yīng)區(qū)域的電流路徑、碰撞電離率分布及熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移的內(nèi)在機(jī)理,進(jìn)而基于響應(yīng)機(jī)理,建立了SOI-pLDMOS器件的ESD響應(yīng)特性行為模型,模型的誤差小于7%。5、提出了一種帶有雙高壓阱的新型SOI-pLDMOS器件,該器件可以在不增加任何光刻版次的條件下,將器件ESD魯棒性提升50%,同時(shí)還可以將器件關(guān)態(tài)擊穿電壓提升13%。6、基于提出的高可靠SOI-pLDMOS器件,研制了一款SOI基高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片,該芯片已順利通過(guò)韓國(guó)三星、四川長(zhǎng)虹等國(guó)內(nèi)外用戶(hù)的各項(xiàng)可靠性考核,累計(jì)獲得用戶(hù)超百萬(wàn)顆的實(shí)際應(yīng)用。
【關(guān)鍵詞】：SOI-pLDMOs 熱載流子退化 dv/dt ESD 可靠性機(jī)理 模型
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TN386
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-25
• 1.1. SOI材料優(yōu)勢(shì)及制備方法概述9-13
• 1.2. 高壓SOI-pLDMOS器件發(fā)展及應(yīng)用13-17
• 1.3. 高壓SOI-pLDMOS器件可靠性問(wèn)題及研究現(xiàn)狀17-21
• 1.4. 本文的主要工作及創(chuàng)新21-25
• 第二章 高壓SOI-pLDMOS器件設(shè)計(jì)與制備工藝25-41
• 2.1 高壓SOI-pLDMOS器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-33
• 2.2 高壓SOI-pLDMOS器件版圖設(shè)計(jì)33-37
• 2.3 高壓SOI-pLDMOS器件制備與電學(xué)特性37-39
• 2.4 本章小結(jié)39-41
• 第三章 高壓SOI-pLDMOS器件熱載流子退化研究41-75
• 3.1 I_(bmax)和I_(gmax)應(yīng)力下SOI-pLDMOS退化機(jī)理研究41-47
• 3.2 器件參數(shù)對(duì)SOI-pLDMOS熱載流子退化的影響47-51
• 3.3 環(huán)境溫度對(duì)SOI-pLDMOS熱載流子退化的影響51-52
• 3.4 SOI-pLDMOS器件的熱載流子退化恢復(fù)效應(yīng)52-55
• 3.5 SOI-pLDMOS器件的熱載流子退化壽命模型55-70
• 3.6 長(zhǎng)壽命SOI-pLDMOS器件優(yōu)化設(shè)計(jì)70-72
• 3.7 本章小結(jié)72-75
• 第四章 高壓SOI-pLDMOS器件dv/dt特性研究75-95
• 4.1 高壓SOI-pLDMOS器件dv/dt特性測(cè)試方法75-77
• 4.2 高壓SOI-pLDMOS器件dv/dt應(yīng)力退化研究77-81
• 4.3 高壓SOI-pLDMOS器件dv/dt沖擊失效研究81-83
• 4.4 器件參數(shù)對(duì)SOI-pLDMOS dv/dt能力的影響83-87
• 4.5 高壓SOI-pLDMOS器件的dv/dt失效模型87-90
• 4.6 高dv/dt能力SOI-pLDMOS器件優(yōu)化設(shè)計(jì)90-92
• 4.7 本章小結(jié)92-95
• 第五章 高壓SOI-pLDMOS器件ESD特性研究95-125
• 5.1 高壓SOI-pLDMOS器件的ESD響應(yīng)特性95-102
• 5.2 高壓SOI-pLDMOS器件ESD沖擊退化研究102-104
• 5.3 器件參數(shù)對(duì)SOI-pLDMOS ESD魯棒性的影響104-110
• 5.4 高壓SOI-pLDMOS器件的ESD響應(yīng)模型110-119
• 5.5 高魯棒性SOI-pLDMOS器件優(yōu)化設(shè)計(jì)119-122
• 5.6 本章小結(jié)122-125
• 第六章 SOI基高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)及可靠性考核125-139
• 6.1 SOI基高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)125-130
• 6.2 SOI基高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片性能測(cè)試130-131
• 6.3 SOI基高壓顯示驅(qū)動(dòng)芯片可靠性考核及系統(tǒng)應(yīng)用131-137
• 6.4 本章小結(jié)137-139
• 第七章 總結(jié)與展望139-143
• 7.1 總結(jié)139-141
• 7.2 展望141-143
• 致謝143-145
• 參考文獻(xiàn)145-155
• 博士期間取得成果155-157

  本文關(guān)鍵詞：高壓SOI-pLDMOS器件可靠性機(jī)理及模型研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：349134