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。     

一款900V VDMOS的VLD终端结构设计

采用横向变掺杂(Varied Lateral Doping,VLD)终端设计,通过推导菲克第二定律得到了线性变化的P阱掺杂曲线边端,并讨论了线性掺杂曲线与终端耐压之间的关系,最终在此基础上设计了一款900 V VDMOS功率器件。在140μm终端长度上仿真实现了947 V的耐压,且最大表面电场强度为1.65×105 V/cm,有效提高了终端的可靠性;与传统功率器件的制造工艺兼容,同时没有增加额外的掩膜与工艺步骤。     

MOS型新型功率器件终端场分析与实验

采用二维有限元数值分析的方法，开发了用于反向偏置ｐ－ｎ结分析的模拟软件，可以模拟与ＭＯＳ型功率器件反向耐压有关的终端浅结场环、场板、ＳｉＯ２介质及界面态。为高压器件的终端研究、设计和优化提供了精确而有效的ＣＡＤ工具。此文介绍模拟所采用的物理模型和模拟方法，并以三环浅结带场板终端为例，给出部分模拟实例、结论及实验结果。     

超结MOSFET功率器件的终端技术分析

为了改善超结MOSFET功率器件的终端击穿特性,提出了一种平面结终端技术,应用柱坐标下的泊松方程证明了这种技术的可行性。提出了超结功率器件终端技术的工艺实现方法并分析了终端结构的电压特性,使用这种超结终端技术仿真得到了一个600V的Coolmos。利用2维仿真软件Medici讨论了终端p柱的数量和宽度因素对击穿电压和表面电场的影响。结果发现,采用变间距的超结结构本身就可以很好地实现超结MOSFET功率器件的终端。     

平面型电力半导体器件击穿电压的优化设计

通过对平面型电力半导体器件场限环终端击穿电压的分析，指出了传统设计方法的缺点，提出了一种新的优化设计方法，使器件的体内击穿电压和终端击穿电压达成匹配，从而提高了器件耐压的稳定性和可靠性。     

一款700V功率场效应管失效分析与改进

对一款700 V功率场效应管失效芯片进行亮点分析,并通过TCAD软件进行数值仿真验证失效原因。最后对失效管的终端进行了改进设计,在215μm的终端长度上实现了779 V的耐压。结果表明,其硅表面最大场强为2.65×105 V/cm,有效解决了芯片失效问题,提高了器件的可靠性。同时终端长度比原失效终端长度缩小了13%,有效减小了器件的面积。     

1000V／20A IGBT的研制

介绍了ＩＧＢＴ的结构设计及终端设计，利用ＳＤＢ技术制备所需Ｎ＾－Ｎ＾＋Ｐ＾－基片，设计了合适的工艺流程，制备出１０００Ｖ／２０Ａ的ＩＧＢＴ器件。最后给出测试结果。     

6500 V SiC场限环终端设计与实现

针对6 500 V SiC器件的阻断电压要求,采用有限元仿真软件对场限环终端结构进行了设计优化。相比于通常的恒定环间距增量场限环终端设计,本项研究采用三段不同的环间距增量终端环结构。该结构场限环终端的优势在于SiC器件表面的峰值电场强度控制在1MV/cm以下,体内的峰值电场强度在2.4MV/cm以下,有效减小了实际工艺中环注入窗口的工艺偏差引起的环间距拉偏对峰值电场强度的影响。环间距拉偏结果显示,在-0.2~+0.2μm的偏差范围内,器件表面(SiO_2/SiC交界处)的峰值电场强度并没有升高,只是峰值的位置发生了改变。最后利用了所设计的场限环终端进行了实际流片。测试结果显示,当施加6 500V的反向电压,漏电流小于10μA。     

1200V碳化硅MOSFET设计

设计了一种阻断电压大于1 200V的碳化硅(SiC)MOSFET器件。采用有限元仿真的方法对器件的终端电场分布进行了优化。器件采用12μm厚、掺杂浓度为6e15cm-3的N型低掺杂区。终端保护结构采用保护环结构。栅压20V、漏压2V时,导通电流大于13A,击穿电压达1 900V。     

1700V碳化硅MOSFET设计

设计了一种击穿电压大于1 700V的SiC MOSFET器件。采用有限元仿真的方法对器件的外延掺杂浓度及厚度、有源区结构以及终端保护效率进行了优化。器件采用14μm厚、掺杂浓度为5×1015cm-3的N型低掺杂区。终端保护结构采用保护环结构。栅压20V、漏压2V时,导通电流大于1A,击穿电压高于1 800V。     

高压功率FRED结终端保护技术及其组合优化设计

场板与场限环是用来提高功率FRED抗电压击穿能力的常用终端保护技术,本文分别介绍场板与场限环结终端结构原理和耐压敏感参数,然后采取场板和场限环的互补组合,通过Synopsis公司MEDICI4.0仿真工具优化设一款耐压1200V的FERD器件终端结构,最后通过实际流片验证此终端结构具有良好的电压重复性及一致性。     

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.     

金属场板加SIPOS电阻场板的新型终端技术

本文介绍了一种金属场板结合SIPOS电阻场板的新型终端结构,该终端能实现平面结理想击穿值的80％以上。对这种终端结构的设计,采用了一种简单方法。根据实验结果,对金属场板和SIPOS电阻场板的互补功能进行了详细的分析。     

MOS型硅功率器件平面终端结构

本文介绍了MOS型硅功率器件在平面工艺条件下常用的电场限制环以及场板终端结构的基本设计理论和设计方法,讨论了这两种结构的优化设计的一般原则。在此基础上探讨了平面工艺p-n结终端技术发展所面临的课题。     

A new junction termination method employing shallow trenches filled with oxide

A new junction termination method employing shallow trenches filled with oxide, which successfully decreased the junction termination area, is proposed and fabricated without any complicated process such as Si-deep etching. Shallow trenches between the floating field limiting rings successfully redistributed the single electric field peak into two peaks so that the breakdown voltage could be increased with the same junction termination area. The experimental results show that the proposed method decreased the junction termination area by more than 25% compared to a conventional field limiting ring structure when breakdown voltages are equal.     

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%。     

一种沟槽-场限环复合终端结构的设计

为了改善硅功率器件击穿电压性能以及改善IGBT电流的流动方向,提出了一种沟槽-场限环复合终端结构。分别在主结处引入浮空多晶硅沟槽,在场限环的左侧引入带介质的沟槽,沟槽右侧与场限环左侧横向扩展界面刚好交接。结果表明,这一结构改善了IGBT主结电流丝分布,将一部分电流路径改为纵向流动,改变了碰撞电离路径,在提高主结电势的同时也提高器件终端结构的可靠性;带介质槽的场限环结构进一步缩短了终端长度,其横纵耗尽比为3.79,较传统设计的场限环结构横纵耗尽比减少了1.48%,硅片利用率提高,进而减小芯片面积,节约制造成本。此方法在场限环终端设计中非常有效。     

钛酸钡薄膜的制备及其场发射特性研究

利用钛酸钡薄膜替代了金属-氧化物-硅结构冷阴极的氧化物绝缘层，并利用场发射扫描电镜、X射线衍射、EDS分析表征了钛酸钡薄膜。观察到低起始阈值的场发射现象，对可能的场发射机理进行了讨论。     

一代前景诱人的新型器件——真空微电子管

描述了真空微电子器件的发展概况，特别对场发射阵列的结构设计进展、微波用场发射阵列研究、低压场发射阵列研究以及场发射平板显示器的现状进行了全面阐述。     

场限制环的安全环距设计原理

场限制环作为一种可与许多器件工艺相容的ＰＮ结终端得到了广泛应用。存在的一个问题是其效果随结构参数有过分敏感的变化。文中认为：作为设计指导思想的最佳环距原则是加重这一敏感性的重要原因。作为改进，提出了新的安全环距设计原则。按安全环距原则设计，除可明显缓解终端效果随结构参数敏感变化的问题外，还可有效地提高在同样结构和工艺条件下所制成器件的额定电压。