低压LDMOS器件及高压新结构的研究与设计

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随着电力电子技术的发展,功率半导体器件越来越受到大家的重视,功率MOSFET作为功率半导体器件的重要分支,凭借其开关速度快,输入阻抗高,工作频率高,驱动电路简单等优点迅速占领了大部分的市场份额。横向双扩散MOSFET(LDMOS)结构由于其制造工艺与CMOS制造工艺兼容,且易于集成而被广泛应用于智能功率集成电路(SPIC)和高压功率集成电路(HVIC)中。在LDMOS器件设计中,为了缓解击穿电压和导通电阻两个关键参数之间的矛盾关系,介绍了几种常用的结终端技术,并对降低表面场技术(RESURF)和降低体内场技术(REBULF)进行了详细分析,在此基础上,分别对低压和高压的LDMOS器件进行优化设计和仿真验证。在汽车电子,智能家居等应用环境中,作为核心的低压LDMOS器件决定了整个电路的性能,因此低压LDMOS器件的设计至关重要,本文设计了一款60V低压LDMOS,详细介绍了器件的工艺流程,分析了器件结构的耐压机理,并在此基础上找出了影响器件电学性能的关键参数,针对这些参数设计不同的仿真实验,最终找到了一组较优的参数,仿真得到了阈值电压为1.7V,击穿电压为106.4V,比导通电阻为4.7mΩ·cm-2的LDMOS器件。虽然低压LDMOS器件得到了广泛应用,但设计高击穿电压和低导通电阻的LDMOS器件仍然是重要的研究方向之一,但是由于隔离技术的限制,通常的高压LDMOS都需要使用薄外延层,因此纵向耐压几乎全由衬底承担,提高衬底耐压就能有效提高器件的击穿电压。基于这种思想,本文提出了一种带有N型浮空岛的新型LDMOS结构。该结构与传统LDMOS结构的不同之处在于漏端下方的衬底耗尽层内加入多个N型浮空岛。N型浮空岛的引入扩展了衬底的耗尽层,降低了漏端下方的高电场,在纵向引入新的峰值电场,优化了器件的纵向电场分布,且因为纵向的电场对横向电场的调制作用,横向电场也得到优化,使得器件的击穿电压大幅提高。最终仿真得到了击穿电压为916.4V,比导通电阻为0.436Ω·cm-2,优值为1.926MW·cm-2的LDMOS器件。
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