论文部分内容阅读
随着人们环保意识的提高,高效和节能的思想已经渗透到生活的各个方面。功率MOSFET作为目前应用最为广泛的功率器件,人们对其功耗要求也越来越高。另外,航天技术发展迅速,大量功率MOSFET也被应用于空间辐射环境中,器件的可靠性受到了来自空间高能粒子的威胁,因此对器件的抗辐射性能也提出了越来越高的要求。功率槽栅MOSFET (UMOSFET)是从VDMOSFET基础上发展而来,因具有较低的导通电阻和较高的集成度而得到了快速发展。本论文以功率UMOSFET器件为研究对象,在不牺牲器件击穿电压的前提下,提出了三种低功耗且具有单粒子烧毁(SEB)加固能力的功率UMOSFET器件。文中利用仿真软件Silvaco TCAD对三个新结构进行仿真分析,具体研究内容如下:1、双沟道分裂栅功率UMOSFET (DCSG-RSOUMOS)该器件采用在漂移区中插入一个P-型掺杂阱区和重掺杂P+区,在器件正向导通时形成两个反型沟道,降低器件的特征导通电阻。同时,P-阱区和重掺杂P+区也给空穴提供了一条有效的泄放通路,提高了器件抗SEB性能。仿真结果表明:DCSG-RSOUMOS在不牺牲击穿电压的情况下,特征导通电阻比传统SG-RSOUMOS降低了 27.4%,栅漏电荷降低了 46.3%以及FOM值降低了 61.0%;在SEB特性方面,DC SG-RSO UMOS的烧毁阈值提高到了击穿电压的96.6%。2、集成 P 柱的功率 UMOSFET (SGP-RSO UMOS)该器件是三维结构,在漂移区中植入一个P柱,加快漂移区的横向耗尽,提高了漂移区的掺杂浓度。同时,空穴电流也可以从P柱流走,提高器件的SEB阈值。仿真结果表明:三种器件在击穿电压近似的情况下,SGP-RSOUMOS的特征导通电阻分别比普通 SJ-UMOS 和 SG-RSO UMOS 减小了54.4%和 38.1%。在 SEB 特性方面,对 SGP-RSO UMOS进行了 P+区扩展以及增加缓冲层的优化设计,使优化结构的SEB阈值达到了击穿电压的83.1%,安全工作区相对与具有相同缓冲层结构的SJ-UMOS和SG-RSOUMOS提高了 1.6倍。此外,文中还研究了低温对SEB特性的影响。3、集成肖特基接触的侧氧功率UMOSFET (sOBUMOS)该器件是在侧氧调制UMOSFET (OB UMOS)元胞中集成肖特基二极管,有效地改善了器件的反向恢复特性。同时当肖特基二极管开启时,一部分空穴会从肖特基电极泄放,提高器件的SEB性能。仿真结果表明:sOB UMOS在保证击穿电压和传统OB UMOS相同的情况下,反向恢复时间降低了 15.1%,软度因子提高了 1.5倍,反向恢复电流峰值降低了 73.3%。在SEB特性方面,sOBUMOS烧毁阈值提高到了击穿电压的81.4%。本文的创新点:(1)提出了三种低功耗的新型UMOSFET器件;(2)研究了该三种新型UMOSFET器件的单粒子烧毁效应。