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现代电力电子技术的发展要求功率器件具有更优越的高压、高速、低功耗性能,超结(Superjunction,简称SJ)器件作为一类新型功率器件能进一步提高器件的耐压,降低比导通电阻。在超结MOSFET中,比导通电阻与耐压的1.3次方关系打破了常规器件中2.5次方的“硅极限”,缓解了比导通电阻与耐压之间的矛盾。LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)是功率集成电路(Power Integrated Circuit,简称PIC)的关键器件,将超结技术应用于LDMOS构成SJ-LDMOS功率器件以提高其性能。但是,在横向超结器件中,纵向电场影响了超结的电荷平衡,使超结耐压下降,通常称为“衬底辅助耗尽效应”。这降低了SJ-LDMOS的性能,妨碍了横向超结功率器件的发展。本文研究了横向超结器件的耐压机理,通过优化体内电场分布,促进超结电荷平衡;并通过降低硅中的体电场提高器件纵向耐压,提出了横向超结器件的降低体电场(Reduced Bulk Field,简称REBULF)耐压模型。根据REBULF耐压模型,研制了一种基于电荷补偿的SJ-LDMOS器件,并从介质场增强和电位调节途径提出了两类新型器件结构,提高了横向超结器件的耐压。主要的创新工作包括: 1.提出了横向超结器件的REBULF耐压模型,通过优化体内电场提高超结器件的耐压。从电荷补偿、介质场增强和电位调节三个方面分析了优化体电场的方法。通过在漂移区补偿电荷来承担衬底耗尽,从而保证超结的电荷平衡,优化体电场;利用高密度的界面电荷增强介质层的电场,从而降低超结中的纵向电场,改善超结的电荷平衡,并提高器件纵向耐压;利用SOI器件的背栅特性,通过调节纵向电位,能优化体电场分布,促进电荷平衡。2.基于电荷补偿的REBULF耐压模型,结合BCD工艺的特点,研制了一种表面低阻通道LDMOS(Surface Low On-resistance Path LDMOS,简称SLOP LDMOS)。此器件利用高掺杂浓度的横向超结作为电流低阻通道,利用厚的N-well(或N-epi)作为纵向的耐压层,缓解了纵向电场对横向超结的影响,改善了电荷平衡,提高了器件耐压。同时,SLOP LDMOS利用了表面超结的特点,兼容了BCD工艺,能应用于功率集成电路。本文研制了500V耐压级的SLOP LDMOS器件,在超结宽度为3μm的情况下,测试的功率品质因数FOM (FOM = BV2/Ron,sp)达到了2.6MW/cm~2。3.基于介质场增强的REBULF耐压模型,提出了增强埋氧层电场的SOI SJ-LDMOS,包括具有埋氧层表面固定电荷和具有动态缓冲层的器件结构。通过界面电荷增强埋氧层的电场,降低了超结中的纵向电场,从而消除了纵向电场对超结电荷平衡的影响,同时提高了器件纵向耐压能力。动态缓冲层具有自适应增强电场的能力,利用电荷槽的电荷积累特性,电荷可以根据纵向电场的大小自适应的积累,做到了对电荷的按需分配,达到了完美的效果。分析表明,当漂移区长度为10μm时,超结器件的耐压达到220V,平均横向电场达到22V/μm。4.基于电位调节的REBULF耐压模型,提出了具有动态背栅电压的SOI SJ-LDMOS。利用SOI器件的背栅特性,通过动态的背栅电压来优化超结器件的纵向电场的分布。背栅电压使电子和空穴同时被吸引到埋氧层下方,这改善了超结的电荷平衡。因为背栅电压将一部分纵向电压从漏端转移到了源端,这提高了器件的纵向耐压能力。同时,本文还研究了基于电荷补偿的PSOI SJ-LDMOS。此结构利用超结在顶层形成低阻通道,降低比导通电阻。通过在漏端对埋氧层刻蚀,并增加N-buffer区,让衬底NP结参与耐压。这既补偿了超结的电荷,也解决了SJ-LDMOS的纵向耐压问题,同时保证了SOI的隔离优势。