SOI基双级RESURF二维解析模型

提出了SOI基双级RESURF二维解析模型.基于二维Poisson方程,获得了表面电势和电场分布解析表达式,给出了SOI的双级和单级RESURF条件统一判据,得到RESURF浓度优化区(DOR,doping optimal region),研究表明该判据和DOR还可用于其他单层或双层漂移区结构.根据此模型,对双级RESURF结构的降场机理和击穿特性进行了研究,并利用二维器件仿真器MEDICI进行了数值仿真.以此为指导成功研制了耐压为560V和720V的双级RESURF高压SOI LDMOS.解析解、数值解和实验结果吻合得较好.     

复合介质层SOI高压器件电场分布解析模型

提出复合介质埋层SOI(compound dielectric buried layer SOI,CDL SOI)高压器件新结构,建立其电场和电势分布的二维解析模型,给出CDL SOI和均匀介质埋层SOI器件的RESURF条件统一判据.CDL SOI结构利用漏端低k(介电常数)介质增强埋层纵向电场,具有不同k值的复合介质埋层调制漂移区电场,二者均使耐压提高.借助解析模型和二维数值仿真对其电场和电势进行分析,二者吻合较好.结果表明,对低k值为2的CDL SOILDMOS,其埋层电场和器件耐压分别比常规SOI结构提高了82%和58%.     

复合介质层SOI高压器件电场分布解析模型

提出复合介质埋层SOI(compound dielectric buried layer SOI,CDL SOI)高压器件新结构,建立其电场和电势分布的二维解析模型,给出CDL SOI和均匀介质埋层SOI器件的RESURF条件统一判据.CDL SOI结构利用漏端低k(介电常数)介质增强埋层纵向电场,具有不同k值的复合介质埋层调制漂移区电场,二者均使耐压提高.借助解析模型和二维数值仿真对其电场和电势进行分析,二者吻合较好.结果表明,对低k值为2的CDL SOILDMOS,其埋层电场和器件耐压分别比常规SOI结构提高了82%和58%.     

薄外延层RESURF LDMOS完全耐压模型

提出硅基薄外延RESURF LDMOS不全耗尽和完全耗尽的完全耐压模型。基于求解二维Poisson方程,获得该结构二维表面电场和击穿电压的完整解析表达式。借助此模型研究击穿电压与器件结构参数、外延层掺杂浓度和衬底掺杂浓度的关系;在满足最优表面电场和完全耗尽条件下,得到器件优化的RESURF判据。解析结果、MEDICI数值结果和实验结果吻合较好,验证了模型的准确性。     

有n缓冲层SOI RESURF结构的电场分布解析模型

提出了有n缓冲层SOI RESURF结构的电场分布解析模型,采用MEDICI数值仿真,验证了上述模型的正确性。基于所建立的解析模型,获得了缓冲层的最优杂质浓度分布,提出了提高SOI RESURF结构耐压的缓冲层分段变掺杂新结构。     

薄膜SOI RESURF结构击穿电压分析

提出了基于二维Poisson方程的薄膜SOI降低表面电场(RESURF结构解析物理模型.并在该模型基础上,给出了一种分析薄膜SOI RESURF结构击穿电压的方法.利用这一方法计算了漂移区长度较长的薄膜SOI RESURF结构击穿电压与漂移区掺杂浓度的关系,并定量分析了场SiO2界面电荷密度对击穿电压和漂移区临界掺杂浓度的影响.首次提出了临界场SiO2界面电荷密度的概念,并研究了其与漂移区掺杂浓度的关系.而且计算结果与MEDICI模拟结果符合得很好.这些为漂移区长度较长的薄膜SOI RESURF结构击穿电压的优化设计提供了理论依据.     

埋氧层固定界面电荷对RESURF SOI功率器件击穿特性的影响

通过求解具有界面电荷边界条件的二维泊松方程，建立了埋氧层固定界面电荷Qf对RESURF SOI功率器件二维电场和电势分布影响的解析模型。解析结果与半导体器件模拟器MEDICI数值分析结果相吻合。在此基础上，分别研究了Qf对RESURF SOI功率器件横向和纵向击穿特性的影响规律。在横向，讨论了不同硅膜厚度、氧层厚度和漂移区长度情况下Qf对表面电场分布的影响；在纵向，通过分析硅膜内的场和势的分布，提出了临界埋氧层固定界面电荷密度的概念，这是导致器件发生失效的最低界面电荷密度。     

薄外延阶梯掺杂漂移区RESURF耐压模型

提出薄外延阶梯掺杂漂移区RESURF结构的耐压解析模型。借助求解二维Po isson方程,获得薄外延阶梯掺杂漂移区的二维表面电场和击穿电压的解析表达式。基于此耐压模型研究了不同阶梯漂移区数(n=1、2、3、5)的击穿特性,计算了击穿电压与结构参数的关系,其解析结果与数值结果吻合较好。在相同长度下,阶梯掺杂漂移区结构(n=3)击穿电压由均匀漂移区(n=1)的200 V提高到250 V,增加25%。该模型可用于薄外延阶梯掺杂和线性掺杂漂移区RESURF器件的设计优化。     

阶梯掺杂漂移区SOI高压器件浓度分布优化模型

基于分区求解二维泊松方程,提出了阶梯掺杂漂移区SOI高压器件的浓度分布优化模型.借助此模型,对阶梯数从0到无穷时SOI RESURF结构的临界电场和击穿电压进行了研究.结果表明,对于所研究的结构,一阶或二阶掺杂可以在不提高工艺难度的情况下获得足够高的击穿电压,因而可以作为线性漂移区的理想近似.解析结果、MEDICI仿真结果和实验结果非常吻合,证明了模型的正确性.     

异质栅非对称Halo SOI MOSFET

为了抑制异质栅SOI MOSFET的漏致势垒降低效应，在沟道源端一侧引入了高掺杂Halo结构．通过求解二维电势Poisson方程，为新结构器件建立了全耗尽条件下表面势和阈值电压解析模型，并对其性能改进情况进行了研究．结果表明，新结构器件比传统的异质栅SOI MOSFETs能更有效地抑制漏致势垒降低效应，并进一步提高载流子输运效率．新结构器件的漏致势垒降低效应随着Halo区掺杂浓度的增加而减弱，但随Halo区长度非单调变化．解析模型与数值模拟软件MEDICI所得结果高度吻合．     

表面注入D-RESURF器件耐压模型

建立表面注入双重降低表面电场(D-RESURF)结构击穿电压模型。D-RESURF器件在衬底纵向电场和Pb区附加电场的影响下,漂移区电荷共享效应增强,优化漂移区掺杂浓度增大,器件导通电阻降低。分析漂移区浓度和厚度对击穿电压的影响,获得改善击穿电压和导通电阻折中关系的途径。在满足最优表面电场和完全耗尽条件下,导出吻合较好的二维RESURF判据。在理论的指导下,成功研制出900 V的D-RESURF高压器件。     

薄膜SOI RESURF结构击穿电压分析

提出了基于二维Ｐｏｉｓｓｏｎ方程的薄膜ＳＯＩ降低表面电场（ＲＥＳＵＲＦ结构解析物理模型．并在该模型基础上,给出了一种分析薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压的方法．利用这一方法计算了漂移区长度较长的薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压与漂移区掺杂浓度的关系,并定量分析了场ＳｉＯ２界面电荷密度对击穿电压和漂移区临界掺杂浓度的影响．首次提出了临界场ＳｉＯ２界面电荷密度的概念,并研究了其与漂移区掺杂浓度的关系．而且计算结果与ＭＥＤＩＣＩ模拟结果符合得很好．这些为漂移区长度较长的薄膜ＳＯＩＲＥＳＵＲＦ结构击穿电压的优     

A NEW STRUCTURE AND ITS ANALYTICAL BREAKDOWN MODEL OF HIGH VOLTAGE SOI DEVICE WITH STEP UNMOVABLE SURFACE CHARGES OF BURIED OXIDE LAYER

A new SOI （Silicon On Insulator） high voltage device with Step Unmovable Surface Charges （SUSC） of buried oxide layer and its analytical breakdown model are proposed in the paper. The unmovable charges are implemented into the upper surface of buried oxide layer to increase the vertical electric field and uniform the lateral one. The 2-D Poisson＇s equation is solved to demonstrate the modulation effect of the immobile interface charges and analyze the electric field and breakdown voltage with the various geometric parameters and step numbers. A new RESURF （REduce SURface Field） condition of the SOl device considering the interface charges and buried oxide is derived to maximize breakdown voltage. The analytical results are in good agreement with the numerical analysis obtained by the 2-D semiconductor devices simulator MEDICI. As a result, an 1200V breakdown voltage is firstly obtained in 3pro-thick top Si layer, 2pro-thick buried oxide layer and 70pro-length drift region using a linear doping profile of unmovable buried oxide charges.     

SOI RESURF器件高压互连线效应的二维解析模型

高压互连线效应是影响集成功率器件性能的重要因素之一。首先提出一个高压互连线效应对SOI横向高压器件的漂移区电势和电场分布影响的二维解析模型，进而得到漂移区在不完全耗尽和完全耗尽情况下的器件击穿电压解析表达式，而后利用所建立的模型，研究器件结构参数对击穿特性的影响规律，定量揭示在高压互连线作用下器件击穿多生在阳极PN结的物理本质，指出通过优化场氧厚度可以弱化高压互连线对器件击穿的负面影响，并给出用于指导设计的理论公式。模型的正确性通过半导体二维器件仿真软件MEDICI进行了验证。     

体硅Double RESURF器件表面电场解析模型及优化设计

提出了体硅double RESURF器件的表面电场和电势的解析模型.基于分区求解二维Poisson方程,获得double RESURF表面电场的解析表达式.借助此模型,研究了p-top区的结深,掺杂浓度和位置,漂移区的厚度和掺杂浓度,及衬底浓度对表面电场的影响;计算了漂移区长度,掺杂浓度和击穿电压的关系.从理论上揭示了获得最大击穿电压的条件.解析结果、验证结果和数值结果吻合良好.     

An Analytical Model for the Surface Electrical Field Distribution and Optimization of Bulk-Silicon Double RESURF Devices

提出了体硅double RESURF器件的表面电场和电势的解析模型.基于分区求解二维Poisson方程,获得double RESURF表面电场的解析表达式.借助此模型,研究了p-top区的结深,掺杂浓度和位置,漂移区的厚度和掺杂浓度,及衬底浓度对表面电场的影响;计算了漂移区长度,掺杂浓度和击穿电压的关系.从理论上揭示了获得最大击穿电压的条件.解析结果、验证结果和数值结果吻合良好.     

具有圆形版图的SOI横向功率晶体管三维击穿模型

提出了一个具有圆形版图形状的SOI横向功率晶体管三维解析击穿电压模型,通过在柱状坐标系下求解泊松方程,获得漂移区完全耗尽和不完全耗尽情况下的径向表面电势和表面电场分布,导出N＋N结和P＋N结的击穿电压,并用其研究阴极区曲率半径对击穿特性的影响。最后提出修正的RESURF判据,用于指导在三维空间内对击穿电压和漂移区浓度进行优化。解析结果和MEDICI仿真结果、文献报道的实验结果吻合良好,验证了模型的正确性。     

具有降场电极U形漂移区SOI-LDMOS的耐压特性

提出了一种具有降场电极 U形漂移区 SOI- L DMOS,借助 2 D泊松方程对其场分布进行解析分析和数值分析 ,结果证明该结构在与 RESURF结构相同的耐压下 ,具有器件长度小 ,漂移区浓度高 ,导通电阻小的特点 .这表明降场电极是一种缓和漂移区掺杂浓度和耐压之间矛盾的有效方法 .该结构是一种器件耐压与导通电阻优化的新途径 .