新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距的优化

提出了一个新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距优化.采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式. 讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响,并用流行的2-D半导体器件模拟工具MEDICI对解析计算进行了验证. 根据临界电场击穿近似,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式. 在一定结深和掺杂浓度时,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值.     

新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距的优化

提出了一个新的二维解析方法预言场限环结构的电压分布和边界峰值电场及环间距优化 .采用与平面结物理机理最接近的圆柱坐标对称解进行分析 ,给出了场限环结构极为简单的各电压和边界峰值电场表达式 .讨论了不同环间距和反偏电压对场限环电压的影响 ,并用流行的 2 - D半导体器件模拟工具 MEDICI对解析计算进行了验证 .根据临界电场击穿近似 ,讨论了环间距的优化设计并给出了优化环间距表达式 .在一定结深和掺杂浓度时 ,理论计算给出了与数值分析一致的优化环间距和最高击穿电压值 .     

单场限环结构的表面电场分布及环间距的优化

基于横向扩散与纵向扩散构成的冶金结边界为椭圆形这一特点,讨论单场限环结构表面电场强度的分布,给出表面电场强度、主结及环结分担电压的解析表达式。在纵向结深和掺杂浓度一定的条件下,根据临界电场击穿理论,讨论环间距的优化设计方法。单场限环结构主结环结间表面电场强度的绝对值曲线近似呈抛物线,最大电场位于主结处。随着环间距的增大,最大电场变大;随着横向扩散深度的增大,最大电场变小。环右侧最大电场也出现在结处,随着环间距和横向扩散深度的增加,最大电场均减小。在场限环结构中,当主结和环结在表面处的最大电场强度均等于临界电场强度时,击穿电压达到最大值,此时所对应的环间距为最佳环间距。     

场限环电场分布的有限元分析

矩形场限环在器件反偏时的最大电场总是集中于四角，因而求解柱坐标下极角α不变的泊松方程可使场限环三维电场分布的讨论大为简化．在此基础上用有限元法对三场环结构的电场分布进行模拟，并对结构参数进行了优化分析．环电位随外加电压而变化的模拟结果与实验结果相吻合，表明了简化模型和分析方法的正确性和实用性．     

表面电荷效应对场限环优化设计的影响

本文利用计及表面电荷的柱面结电场分布表达式，并根据场限环优化条件，首次建立了单场限环表面电荷效应优化模型，得到了考虑表面电荷效应后，优化单场限环洁构击穿电压以及优化环间距的归一化计算公式。分析了表面电荷密度对场限环结构耐压和优化环间距的影响，计算结果与文献中的数值模拟结果相符合，推得的公式可应用于场限环结构的实际设计。     

单个浮置场限环终端结构击穿电压模型

基于B.J.Baliga的击穿电压理论,通过求解双边突变圆柱结的泊松方程,提出了单个浮置场限环终端结构的击穿电压解析模型.该模型计算结果与模拟结果的误差在±7%之内,具有精度高、应用范围广等特点,可以帮助设计者初步确定浮置场限环注入窗口大小及与主结的间距等关键参数.     

一种沟槽型场限环VDMOSFET终端结构

场限环结构以其简单的工艺和较高的效率,在垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管终端结构中得到广泛应用,但其性能的提高也有限制。沟槽型终端结构对刻蚀工艺要求较高,并未在实际生产中得到大量应用。将场限环终端结构与沟槽终端结构相结合,设计了一种沟槽型场限环终端,在149.7 μm的有效终端长度上实现了708 V的仿真击穿电压。此结构可以得到较大的结深,硅体内部高电场区距离表面较远,硅表面电场仅为1.83E5 V/cm,具有较高的可靠性。同时,工艺中只增加了沟槽刻蚀和斜离子里注入,没有增加额外的掩膜。     

单场限环的平面高压器件

通过优化设计和充分利用硅片面积 ,研制出了场限环的平面高压半导体分立器件     

功率半导体器件的场限环研究

分析了场限环结构原理,总结了影响击穿电压的相关因素.采用圆柱坐标对称解进行分析,讨论了给定击穿电压情殚况下场限环结构的电场分布和峰值电场表达式及各种确定场限环个数的方法的.最后用流行的2-D半导体器件模拟工具MEDICI对器件终端进行相关模拟,尤其是表面电荷对带场限环的击穿电压和优化环间距的影响做了大量的分析模拟.得出的结论与文献中的数值模拟结果相符合,对设计优化场限环有一定的指导性.     

具有多场限环结构的SiC LDMOS击穿特性研究

场限环终端结构因能够显著提高击穿电压而被广泛应用于半导体功率器件。基于数值模拟软件建立了具有多场限环结构的SiC LDMOS仿真模型。分别仿真场限环各项参数和漂移区掺杂浓度与击穿电压的关系。提取器件击穿时的表面电场,从表面电场分布均匀程度和峰值电场两方面分析击穿原理。研究结果表明,当漂移区掺杂浓度一定时,击穿电压随场限环数量、结深和掺杂浓度的增大而先增大后减小;当场限环参数一定时,击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而先增大后减小;经验证在相同条件下,线性环间距设计的LDMOS击穿特性优于等环间距设计,且漂移区掺杂浓度越高,环掺杂浓度和环结深越小,失效场限环数量越多。     

等价掺杂转换理论预示扩散 -外延穿通P-N结的击穿电压和击穿峰值电场强度

基于等价掺杂转换理论的应用 ,得到了解析计算扩散 -外延穿通 P- N结击穿电压和击穿峰值电场强度的一系列结果 .介绍了等价掺杂转换方法的基本理论 ,然后运用该理论得到了用于低压功率器件优化设计的系列击穿电压和击穿峰值电场强度计算公式 ,并正确地预示了最大击穿电压和击穿峰值电场强度的位置 .理论结果显示出与以前的数值分析结果很好的一致性     

射频功率晶体管的多晶硅二氧化硅夹心深槽场限制环新结构

提出一种二氧化硅/多晶硅/二氧化硅夹心深槽场限制环新结构来提高晶体管的击穿电压.模拟结果显示,该结构可以使射频功率双极性晶体管的击穿电压几乎100%达到平行平面结的理想值     

射频功率晶体管的多晶硅二氧化硅夹心深槽场限制环新结构

提出一种二氧化硅/多晶硅/二氧化硅夹心深槽场限制环新结构来提高晶体管的击穿电压.模拟结果显示,该结构可以使射频功率双极性晶体管的击穿电压几乎100%达到平行平面结的理想值.     

高压IGBT线性变窄场限环终端设计

为使3300 V及以上电压等级绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作结温达到150℃以上,设计了一种具有高结终端效率、结构简单且工艺可实现的线性变窄场限环(LNFLR)终端结构。采用TCAD软件对这种终端结构的击穿电压、电场分布和击穿电流等进行了仿真,调整环宽、环间距及线性变窄的公差值等结构参数以获得最优的电场分布,重点对比了高环掺杂浓度和低环掺杂浓度两种情况下LNFLR终端的阻断特性。仿真结果表明,低环掺杂浓度的LNFLR终端具有更高的击穿电压。进一步通过折中击穿电压和终端宽度,采用LNFLR终端的3300 V IGBT器件可以实现4500 V以上的终端耐压,而终端宽度只有700μm,相对于标准的场限环场板(FLRFP)终端缩小了50%。     

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%.     

RESURF LDMOS功率器件表面场分布和击穿电压的解析模型

提出了 RESURF L DMOS功率器件的表面电场分布和击穿电压的解析模型 .根据二维泊松方程的求解 ,得到了与器件参数和偏压相关的表面电场和电势分布解析表达式 .在此基础上 ,推出了为获得击穿电压和比导通电阻最好折中的优化条件 .该解析结果与半导体器件数值分析工具 MEDICI得到的数值分析结果和先前的实验数据基本一致 ,证明了解析模型的适用性