電能以其便于傳輸、轉化、無污染等特性在人類社會的發(fā)展中占有舉足輕重的地位。而電能并不能被直接使用而是需要通過半導體功率器件進行電能的轉換。其中功率MOS器件因具備輸入阻抗較高、易于驅動、高開關頻率、可集成度高等優(yōu)點而得以廣泛應用。然而,功率MOS器件的擊穿電壓（Brokendown Voltage,BV）與比導通電阻（SpecificOn-Resistance,Ron,sp）均受制于漂移區(qū)長度與濃度,因此兩者之間存在不可避免的矛盾關系“硅極限”（RRon,sp∝BV2.5）。為解決這一矛盾,超結結構被提了出來。其打破了硅極限,更是將比導通電阻與耐壓之間的關系降低到了 1.32次方,稱之為“功率MOS器件里程碑”。超結結構應用在橫向MOS器件中時受到襯底輔助耗盡效應（Substrate assisted depletion effect,SAD）的影響從而使器件的耐壓急劇降低。為消除SAD效應,本文基于等效襯底模型理論,從優(yōu)化電荷補償層（Charge Compensation Layer,CCL）的的角度出發(fā),分別針對體硅和SOI襯底提出了兩種新型的器件結構。利用仿真軟件對兩種器件結構進... 

【文章來源】：長沙理工大學湖南省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２刻蝕、淀積工藝生成超結??

?第一章緒論???濃度分布與形狀的方法以實現(xiàn)超結層的電荷平衡［２３＿２５］。３、通過在超結層和襯底之間加??入ＣＣＬ層，并對ＣＣＬ層內的補償電荷分布進行優(yōu)化以達到實現(xiàn)消除ＳＡＤ效應的目的。??［２６－３９］??（１）如圖１．３?（ａ）所示為具有藍寶石襯底的橫向超結結構。該結構將橫向超結結??構放置在藍寶石襯底上，由于襯底為藍寶石結構所以不會額外引入負電荷，從而抑制??ＳＡＤ效應，但是藍寶石的成本比較高并且不利于給襯底添加電極并加壓。同時，藍寶石??與硅的界面特性較差，因此該結構的應用受到很大的限制［２１】。另一種方法是在ＳＯＩ基襯??底材料的基礎上，在表面做超結層，并將埋氧層下方的襯底材料刻蝕掉，如圖１．３?（ｂ）??所示。從而消除ＳＡＤ效應的影響，并能減小襯底電位對漂移區(qū)多子的影響，提高器件??開關速度。然而該結構要在工藝上實現(xiàn)還需要特殊的襯底刻蝕工藝，增加了工藝的難度??與成本??

隨著工藝技術的發(fā)展，先在襯底進行外延得到超結層的Ｎ條，在通過刻蝕工藝將超??結中的Ｐ條刻蝕出來，接著進行外延工藝生成Ｐ條，再進行拋光工藝實現(xiàn)表面的平坦化。??工藝步驟如圖１．２所示。該方法和多次外延工藝制造超結相比成本更低，同時也可以獲??得較低的超結層寬度［１５－１７］。但是該方法也對工藝設備有較高的要求。在現(xiàn)在的橫向??ＳＪ?ＭＯＳ器件中超結層的制作多采用這樣的方法。??￣＂１??＇：?ｐ條??Ｑ回??圖１．２刻蝕、淀積工藝生成超結??１．２．３橫向超結ＭＯＳ結構國內外發(fā)展現(xiàn)狀??高壓ＬＤＭＯＳ?（Ｌａｔｅｒａｌ?Ｄｏｕｂｌｅ－ｄｉｆｆｉｉｓｅｄＭＯＳＦＥＴ）器件由于高集成度等特性成為??功率集成電路（Ｐｏｗｅｒ?Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?Ｃｉｒｃｕｉｔ，?ＰＩＣ）的核心。ＳＪ結構在縱向ＭＯＳ器件中的??成功應用，自然也被眾多科研人員用于這種橫向ＭＯＳ器件之中，致力于提高器件的擊??穿電壓的以及降低其比導通電阻Ｍｌ。但是，ＳＪ結構應用在橫向ＭＯＳ功率器件中時遭遇??了很大的麻煩。致使其擊穿電壓和比導通電阻之間的關系并不理想。其中最主要的原因??就是，ＳＪ結構在橫向ＭＯＳ器件中位于器件的表面，其下為Ｐ型摻雜的襯底，超結層中??的Ｎ條會受到Ｐ型襯底的耗盡作用，從而打破超結層ＰＮ條之間的電荷平衡，使得器件??的耐壓急劇降低％。??ＳＡＤ效應的實質是橫向Ｎ條和ｐ型襯底之間形成了一個縱向的ＰＮ結，隨著漏極電??壓的增加，該ＰＮ結所形成的耗盡層也會隨之展寬，Ｎ條內的多子一部分被Ｐ型襯底耗??盡

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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[3]電荷型高壓SOI器件模型與新結構[D]. 吳麗娟.電子科技大學 2011
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[5]基于介質電場增強理論的SOI橫向高壓器件與耐壓模型[D]. 羅小蓉.電子科技大學 2007
[6]SOI橫向高壓器件耐壓模型和新器件結構研究[D]. 郭宇鋒.電子科技大學 2005

碩士論文
[1]基于電荷平衡的超結LDMOS仿真和工藝設計[D]. 袁小寧.西安電子科技大學 2015
[2]SOI橫向超結器件耐壓理論研究[D]. 魏雪觀.南京郵電大學 2012



本文編號：3321456