本文關鍵詞：高壓柵極驅(qū)動芯片可靠性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高壓柵極驅(qū)動芯片屬于高低壓兼容功率集成電路,可替代傳統(tǒng)分立元件搭建的驅(qū)動方案,用來控制驅(qū)動高壓功率器件。從而有效地減少系統(tǒng)中的元件個數(shù),降低系統(tǒng)功耗與面積。目前,高壓柵極驅(qū)動芯片已成為節(jié)能電機控制系統(tǒng)中的核心元件,應用于變頻家電、電動交通工具、中小功率工業(yè)設備等領域。以上領域?qū)π酒目煽啃远继岢隽撕芨叩囊蟆８叩蛪焊綦x技術(shù)是高壓柵極驅(qū)動芯片設計的關鍵,雖然,目前分離式降低表面電場技術(shù)(Divided-RESURF)克服了高壓互連及高側(cè)漏電等問題,但是,由于隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌橫向雙擴散金屬氧化物半導體器件(LDMOS),使得整體結(jié)構(gòu)仍存在局部擊穿與高溫反偏應力(HTRB)考核下電學性能退化等風險。此外,在感性負載系統(tǒng)中,芯片容易在瞬態(tài)vs負過沖噪聲與快速電壓變化dvs/dt噪聲的影響下,發(fā)生誤開啟、閂鎖等問題。以上可靠性問題嚴重制約著高壓柵極驅(qū)動芯片的應用。本文基于1μm 600V體硅高低壓兼容工藝,先后對芯片的隔離可靠性及抗噪能力提升技術(shù)進行了系統(tǒng)地分析與研究。主要研究工作包括：1、提出了一種內(nèi)嵌LDMOS器件的雙條狀N阱輔助耗盡Divided-RESURF隔離結(jié)構(gòu),有效地抑制了P型隔離阱對LDMOS器件漂移區(qū)電荷平衡的影響,降低了隔離結(jié)構(gòu)高壓側(cè)拐角處的電場強度,避免了局部擊穿,提高了擊穿電壓。在相同漂移區(qū)長度下,新型隔離結(jié)構(gòu)的耐壓提升了15.8%,高側(cè)泄漏電流低于1μA。2、深入研究了嵌入在隔離結(jié)構(gòu)中的LDMOS器件在高溫反偏應力下?lián)舸╇妷号c導通電阻退化的內(nèi)在機理,提出了一種降低表面柵極場板末端電場的新型結(jié)構(gòu),有效地抑制了表面可動離子對器件電學性能的影響,成功通過了1000小時的HTRB考核。3、分析了瞬態(tài)vs負過沖噪聲產(chǎn)生的原因,并深入研究了其導致高壓柵極驅(qū)動芯片失效的機理,提出了一種提升芯片抗瞬態(tài)vs負過沖能力的新型電路結(jié)構(gòu),通過采樣瞬態(tài)vs負過沖信號并控制芯片的灌電流能力來降低噪聲的持續(xù)時間,從而有效地提升芯片的抗噪能力。實驗結(jié)果表明,采用該新型電路結(jié)構(gòu)的高壓柵極驅(qū)動芯片,其抗瞬態(tài)vs負過沖能力可達-98V。4、深入分析了vs/dt噪聲產(chǎn)生的原因及其對高壓柵極驅(qū)動芯片的影響,研究了傳統(tǒng)抗噪能力提升電路的弊端,提出一種雙脈沖觸發(fā)電容負載型電平移位電路結(jié)構(gòu),規(guī)避了傳統(tǒng)電路中位移電流流過電阻負載而導致的誤觸發(fā)風險。實驗結(jié)果表面,采用新型電平移位電路的高壓柵極驅(qū)動芯片,抗dvs/dt噪聲能力高于85V/ns。5、對高壓柵極驅(qū)動芯片的輸入級電路、脈沖產(chǎn)生電路、欠壓保護電路、抗靜電保護電路等關鍵電路進行了詳細的分析與設計,并對關鍵器件版圖進行了重點研究,最后完成了全芯片的版圖設計與流片。6、完成了高壓柵極驅(qū)動芯片的靜態(tài)參數(shù)、動態(tài)參數(shù)、抗瞬態(tài)vs負過沖能力及抗dvs/dt噪聲能力等參數(shù)測試與可靠性考核。所設計的芯片成功應用于航空模型電調(diào)系統(tǒng)。
【關鍵詞】：高壓柵極驅(qū)動 隔離結(jié)構(gòu) 瞬態(tài)v_S負過沖噪聲 dv_S/dt噪聲 可靠性
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN402
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 第一章 緒論7-21
• 1.1 高壓柵極驅(qū)動芯片的現(xiàn)狀與發(fā)展7-13
• 1.2 高低壓兼容工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展13-18
• 1.3 本論文的主要工作與意義18-21
• 第二章 高壓柵極驅(qū)動芯片的高可靠隔離結(jié)構(gòu)研究21-45
• 2.1 高低壓隔離技術(shù)21-27
• 2.2 新型雙N阱輔助耗盡Divided-RESURF隔離結(jié)構(gòu)27-32
• 2.3 高低壓隔離結(jié)構(gòu)的高溫反偏應力退化研究32-43
• 2.4 優(yōu)化后內(nèi)嵌LDMOS器件的隔離結(jié)構(gòu)的高溫反偏應力考核結(jié)果43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 第三章 高壓柵極驅(qū)動芯片的抗噪能力研究45-67
• 3.1 抗瞬態(tài)v_s負過沖應力研究45-50
• 3.2 瞬態(tài)v_s負過沖提升技術(shù)新方法及電路實現(xiàn)50-52
• 3.3 抗dvs/dt噪聲研究52-59
• 3.4 新型雙脈沖電容負載型電平移位電路設計59-64
• 3.5 本章小結(jié)64-67
• 第四章 高可靠600V柵極驅(qū)動芯片設計67-97
• 4.1 輸入級電路設計67-74
• 4.2 脈沖產(chǎn)生電路設計74-78
• 4.3 欠壓保護與延時電路設計78-83
• 4.4 抗靜電保護結(jié)構(gòu)設計83-87
• 4.5 全芯片電路與仿真87-89
• 4.6 版圖設計與流片89-95
• 4.7 本章小結(jié)95-97
• 第五章 高壓柵極驅(qū)動芯片測試與考核97-113
• 5.1 電學參數(shù)測試系統(tǒng)研究與測試97-106
• 5.2 可靠性測試系統(tǒng)研究與測試106-110
• 5.3 應用系統(tǒng)測試110-112
• 5.4 本章小結(jié)112-113
• 第六章 總結(jié)與展望113-115
• 6.1 總結(jié)113-114
• 6.2 展望114-115
• 致謝115-117
• 參考文獻117-127
• 博士期間研究成果127-130

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  本文關鍵詞：高壓柵極驅(qū)動芯片可靠性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：480434