功率VDMOS器件的研究与发展

简要介绍了垂直双扩散功率场效应晶体管(VDMOS)的研究现状和发展历史.针对功率VDMOS器件击穿电压和导通电阻之间存在的矛盾,重点介绍了几种新型器件结构(包括沟槽栅VDMOS、超结VDMOS、半超结VDMOS)的工作原理和结构特点,以及其在制造工艺中存在的问题.对不同器件结构的优缺点进行了比较分析.对一些新型衍生结构...     

一种新型VDMOS器件结构的设计与实现

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件是一种以多子为载流子的器件,具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高、工作频率高以及热稳定性好等特点。提出一款60 V平面栅VDMOS器件的设计与制造方法,开发出一种新结构方案,通过减少一层终端层版图的光刻,将终端结构与有源区结构结合在一张光刻版上,并在终端工艺中设计了一种改善终端耐压的钝化结构,通过使用聚酰亚胺光刻胶(PI)钝化工艺代替传统的氮化硅钝化层。测试结果表明产品满足设计要求,以期为其他规格的芯片设计提供一种新的设计思路。     

静电放电(ESD)在电子装联中的危害及防护

通过对静电及静电放电(ESD)的简单介绍,提出了在电子装联中进行静电防护的必要性和基本思路.     

700V VDMOS终端结构优化设计

基于垂直双扩散金属氧化物(VDMOS)场效应晶体管终端场限环(FLR)与场板(FP)理论,在场限环上依次添加金属场板与多晶硅场板,并通过软件仿真对其进行参数优化,最终实现了一款700 V VDMOS终端结构的优化设计。对比场限环终端结构,金属场板与多晶硅复合场板的终端结构,能够更加有效地降低表面电场峰值,增强环间耐压能力,从而减少场限环个数并增大终端击穿电压。终端有效长度仅为145μm,击穿电压能够达到855.0 V,表面电场最大值为2.0×105V/cm,且分布比较均匀,终端稳定性和可靠性高。此外,没有增加额外掩膜和其他工艺步骤,工艺兼容性好,易于实现。     

一种200V/100A VDMOS器件开发

分析了功率MOSFET最大额定电流与导通电阻的关系,讨论了平面型中压大电流VDMOS器件设计中导通电阻、面积和开关损耗的折衷考虑,提出了圆弧形沟道布局以增大沟道宽度,以及栅氧下部分非沟道区域采用局域氧化技术以减小栅电容的方法,并据此设计了一种元胞结构。详细论述了器件制造过程中的关键工艺环节,包括栅氧化、光刻套准、多晶硅刻蚀、P阱推进等。流水所得VDMOS实测结果表明,该器件反向击穿特性良好,栅氧耐压达到本征击穿,阈值电压2.8V,导通电阻仅25mΩ,器件综合性能良好。     

GaAs场效应晶体管不同极性ESD损伤机理

对GaAs场效应晶体管(FET)进行3个正向和3个负向脉冲(3“+”3“-”)、3个负脉冲(3“-”)、3个正脉冲(3“+”)3种极性静电放电(ESD)实验,不同极性ESD实验下器件的失效阈值不同.以栅源端对为例对实验结果进行分析,在3“+”3“-”和3“-”极性下,器件失效模式为栅源短路,在3“+”极性下器件电参数退化.运用热模型对ESD正负脉冲电压产生的温升进行了计算,器件的损伤机理为,在正向脉冲下为栅金属纵向电迁移导致肖特基势垒退化;在ESD负向脉冲下为高电场引起栅源端对击穿.     

IC设计中的ESD保护技术探讨

ESD是集成电路设计中最重要的可靠性问题之一。IC失效中约有40%与ESD/EOS(电学应力)失效有关。为了设计出高可靠性的IC,解决ESD问题是非常必要的。文中讲述一款芯片ESD版图设计,并且在0.35μm 1P3M 5V CMOS工艺中验证,成功通过HBM-3000V和MM-300V测试。这款芯片的端口可以被分成输入端口、输出端口、电源和地。为了达到人体放电模型(HBM)-3000V和机器放电模型(MM)-300V,首先要设计一个好的ESD保护网络。解决办法是先让ESD的电荷从端口流向电源或地,然后从电源或地流向其他端口。其次,给每种端口设计好的ESD保护电路,最后完成一张ESD保护电路版图。     

超薄ESD保护阵列

NUP4016和ESD11L5．0D是两款低电容静电放电（ESD）保护新产品。这些新产品采用ESD保护平台,增强钳位性能,并维持超低电容和极小裸片尺寸。新器件的超小型封装厚度比此前版本封装低20％,是需要在超薄封装中提供优异保护性能的手机、MP3播放器、平板显示器和其他高速通信等便携应用的极佳保护器件。     

200V高压大电流VDMOS的研制

介绍了自主研制的200 V/40 A VDMOS晶体管的设计优化过程及研制结果.该器件采用JFET注入和浅P-body方法降低导通电阻,提高电流密度,采用优化的N掺杂硅外延材料优化导通电阻和击穿电压.测试结果表明击穿电压高于215 V,特征导通电阻1.2 Ω·mm2,导通电流可达40 A;同时设计了ESD防护,HBM值...     

混合信号IC的ESD保护电路设计

从电路设计的角度,介绍了混合信号IC的输入、输出、电源箝位ESD保护电路.在此基础上,构建了一种混合信号IC全芯片ESD保护电路结构.该结构采用二极管正偏放电模式,以实现在较小的寄生电容情况下达到足够的ESD强度;另外,该结构在任意两个pad间均能形成ESD放电通路,同时将不同的电源域进行了隔离.     

一种带过温过流过压保护的LDO设计

本文设计了一种带过温、过流和过压保护的低压差线性调整器,并采用增加零点方式进行补偿.电路设计采用2μm Bipolar工艺,用Hspice进行仿真验证.仿真结果表明,过温保护电路可以实现对电路的保护.当温度高于140℃时,过温保护电路将调整管关断,温度下降到105℃时,LDO恢复正常工作.最大输出电流为5A,超过最大输出电流时,过流保护电路将调整管关断.负载调整率不超过1％;电源调整率不超过0.1％..     

一种新型过流保护电路的设计研究

本文提出的过流保护电路利用运算放大器虚短虚断的原理大大提高了对输出电流的采样精度,从而提高了电路的可靠性;并通过增加的折回电路,有效降低了LDO(Low Drop-Out)系统的过流关断功耗.本电路基于TSMC 0.6 μm CMOS工艺设计,进行了应用于LDO的Spectra仿真,结果表明该过流保护电路可靠性高、过流关断功耗低.     

一种新型过流保护电路的研究与设计

提出了一种新型的过流保护电路,通过对采样网络的温度补偿,进一步减小了因为温度变化引起的过流点改变,提高了过流点精度。本电路基于TSMC 0.5μm BCD工艺设计,Hspice仿真结果表明,该过流保护电路具有较高的可靠性和较低的过流关断功耗。     

阈值可编程锂电池组过流保护电路设计

针对2~4节串联使用的锂电池组,提出一种阈值可编程的过流检测保护方案,该方案集合了充放电短路保护和过载保护的功能。设计了高增益比较器和DAC,实现对锂电池组灵活精确的检测保护。基于华虹NEC 0.5μm 40 V高压BCD工艺,对提出的过流检测电路进行仿真验证。结果表明,该电路可以对锂电池组的各种过流状态作出及时精准的判断,判断精度可达99.83%。提出的方案控制逻辑易于编程实现,支持5 mV到475 mV的比较阈值,可以广泛应用于锂电池保护芯片。     

一种具有过温与过流保护功能的LDO

为了防止功率管的功耗过大导致芯片受损,采用SMIC 0.18 μm CMOS工艺,设计了一种具有过温与过流保护功能的低压差线性稳压器。仿真结果表明,LDO电路具有良好的线性调整率和负载调整率,过温、过流保护电路能够实现对电路的保护。在过热、过流或负载短路的情况下,降低系统的功耗,且当故障排除后,可自动恢复工作。在2～3.6 V的输入电压范围内,电路的稳定输出电压为1.8 V,电源调整率不超过0.194‰,负载调整率不超过1.1‰。     

一种DC-DC变换器的过流保护电路

设计了一种适用于DC-DC变换器的过流保护电路。对其结构原理进行了分析，并用0．5μm n阱CMOS工艺进行模拟验证，HSPICE模拟结果表明，该电路结构简单，限流准确，抗干扰能力强，对电源电压和温度变化而引起的限流值漂移具有较强的抑制能力，在3～6V的电源电压和-40～85℃的温度范围内，限流值最大漂移为10％。     

多电源域集成电路静电放电试验方法研究

随着集成电路技术的发展,电路从原来的单一电源域向多电源域进行转移,而其中的静电放电(ESD)试验是考核集成电路性能的一项重要指标,如何有效选择合适的试验方法变得越来越重要。结合国内外相关静电放电试验标准,研究标准之间存在的相同和不同的地方。结合实际情况,探究多电源域集成电路静电放电试验方法的选择。     

PWM型DC/DC变换器过流/短路保护电路的设计

通过分析DC/DC变换器过流和短路两种工作状态的联系和区别,以及对器件自身和所在系统可靠性的影响,明确了在DC/DC变换器设计中,应针对过流和短路分别进行保护设计,才能有效地提高器件的可靠性,并给出了过流保护和短路保护的电路设计实例.     

VDMOS过温保护功能的实现

提出一种内部集成过温保护功能的VDMOS器件。对传统过温保护原理进行了分析,在此基础上,提出了一种适用于功率器件过温保护的改进电路结构。仿真结果表明,该器件在温度超过174℃时实现自关断,在温度降回142℃时实现自重启。该温度迟滞功能可有效防止热振荡。     

一种用于Buck变换器的过流保护电路

基于功率MOS管导通电阻对电流采样的方法,设计了一种用于带集成功率MOS管的Buck变换器的过流保护电路,改善了传统过流保护电路的限流阈值随电源电压和温度变化较大的问题。对该电路的结构和原理进行了阐述与理论推导,采用Hspice软件对理论分析进行了仿真验证。仿真结果表明:当电源电压在2.5~6 V、温度在-55 ℃~125 ℃的范围内变化时,电路的限流阈值保持在3.2 A,限流阈值的最大误差值不超过±9.4%。该电路具有极快的响应速度,最大延时仅为33 ns。