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.     

阶梯掺杂薄漂移区RESURF LDMOS耐压模型

提出硅基阶梯掺杂薄漂移区RESURF LDMOS耐压解析模型.通过分区求解二维Poisson方程,获得阶梯掺杂薄漂移区的二维表面电场和击穿电压的解析表达式.借助此模型研究击穿电压与器件结构参数的关系,其解析与数值结果吻合较好.结果表明:在导通电阻相近情况下,阶梯掺杂漂移区LDMOS较均匀漂移区的击穿电压提高约20%,改善了击穿电压和导通电阻的折衷关系.     

阶梯掺杂薄漂移区RESURF LDMOS耐压模型

提出硅基阶梯掺杂薄漂移区RESURF LDMOS耐压解析模型.通过分区求解二维Poisson方程,获得阶梯掺杂薄漂移区的二维表面电场和击穿电压的解析表达式.借助此模型研究击穿电压与器件结构参数的关系,其解析与数值结果吻合较好.结果表明:在导通电阻相近情况下,阶梯掺杂漂移区LDMOS较均匀漂移区的击穿电压提高约20%,改善了击穿电压和导通电阻的折衷关系.     

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。     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOI高压器件新结构及其优化设计方法. 非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而提高器件击穿电压. 考虑到这种调制效应,提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数. 借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系. 数值仿真证实了解析模型的正确性. 具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOI器件耐压为常规结构SOI器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

埋层低掺杂漏SOI高压器件的击穿电压

提出一种具有埋层低掺杂漏(BLD)SOI高压器件新结构。其机理是埋层附加电场调制耐压层电场,使漂移区电荷共享效应增强,降低沟道边缘电场,在漂移区中部产生新的电场峰。埋层电中性作用增加漂移区优化掺杂浓度,导通电阻降低;低掺杂漏区在漏极附近形成缓冲层,改善漏极击穿特性。借助二维半导体仿真器MEDICI,研究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。在器件参数优化理论的指导下,成功研制了700V的SOI高压器件。结果表明:BLD SOI结构击穿电压由均匀漂移区器件的204V提高到275V,比导通电阻下降25%。     

非均匀厚度漂移区SOI高压器件及其优化设计

提出非均匀厚度漂移区SOl高压器件新结构及其优化设计方法.非均匀厚度漂移区调制SOI层的电场并增强埋层电场,从而 提高器件击穿电压.考虑到这种调制效应.提出解析模型用以优化设计该新器件的结构参数.借助解析模型,研究了电场分布和器件击穿电压与结构参数的关系.数值仿真'证实了解析模型的正确性.具有3阶梯的非均匀厚度漂移区SOl器件耐压为常规结构SOl器件的2倍,且保持较低的导通电阻.     

漂移区为线性掺杂的高压薄膜SOI器件的研制

给出了漂移区为线性掺杂的高压薄膜SOI器件的设计原理和方法.在Si膜厚度为0.15μm、隐埋氧化层厚度为2μm的SOI硅片上进行了LDMOS晶体管的制作.首次对薄膜SOI功率器件的击穿电压与线性掺杂漂移区的杂质浓度梯度的关系进行了实验研究.通过对漂移区掺杂剂量的优化,所制成的漂移区长度为50μm的LDMOS晶体管呈现了高达612V的击穿电压.     

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.     

LDD功率器件表面电场解析模型及优化

提出低掺杂漏(Lightly Doped Drain,LDD)功率器件表面电场和电势解析模型。基于分区求解二维Poisson方程,获得二维表面电场和电势的解析表达式。借助此模型,研究器件结构参数对表面电场和电势的影响;计算漂移区长度与击穿电压的关系,分析了击穿电压随低掺杂漏区掺杂浓度和漂移区厚度的变化,从理论上揭示了获得最大击穿电压的条件。解析结果与数值结果吻合较好,验证了模型的准确性,该模型可用于硅基LDD功率器件的设计优化。     

Unified Breakdown Model of SOI RESURF Device with Uniform/Step/Linear Doping Profile

A unified breakdown model of SOI RESURF device with uniform,step，or linear drift region doping profile is firstly proposed.By the model,the electric field distribution and breakdown voltage are researched in detail for the step numbers from 0 to infinity.The critic electric field as the function of the geometry parameters and doping profile is derived.For the thick film device,linear doping profile can be replaced by a single or two steps doping profile in the drift region due to a considerable uniformly lateral electric field,almost ideal breakdown voltage,and simplified design and fabrication.The availability of the proposed model is verified by the good accordance among the analytical results,numerical simulations,and reported experiments.     

A new analytical model for optimizing SOI LDMOS with step doped drift region

In this paper, a new theoretical breakdown model of SOI RESURF LDMOS with step drift doping profile is proposed. According to this model, the 2-D electric field distributions of drift regions are investigated for both the incompletely and completely depleted cases. The doping profile and step number are optimized to improve the breakdown voltage and reduce fabrication cost. Finally, SOI LDMOS with various step numbers have been made using a 3 μm-thick top silicon layer and a 1.5 μm-thick buried oxide layer. The experiment results indicate that two-step drift doping can enable increase in the breakdown voltage by as much as 40% and decrease in the on-resistance by as much as 16% in comparison to the conventional LDMOS with uniformly doped drift region.     

Analytical Model for the Piecewise Linearly Graded Doping Drift Region in LDMOS

提出了体硅LDMOS漂移区杂质浓度分布的一种二维理论模型,根据该模型,如果要使带有场极板的LDMOS得到最佳的性能,那么LDMOS漂移区的杂质浓度必须呈分段线性分布.用半导体专业软件Tsuprem-4和Medici模拟证明了该模型十分有效,根据该模型优化得到的新型LDMOS的击穿电压和导通电阻分别比常规LDMOS增加58.8%和降低87.4%.     

体硅LDMOS漂移区杂质分段线性注入模型研究

提出了体硅LDMOS漂移区杂质浓度分布的一种二维理论模型,根据该模型,如果要使带有场极板的LDMOS得到最佳的性能,那么LDMOS漂移区的杂质浓度必须呈分段线性分布.用半导体专业软件Tsuprem-4和Medici模拟证明了该模型十分有效,根据该模型优化得到的新型LDMOS的击穿电压和导通电阻分别比常规LDMOS增加58.8%和降低87.4%.     

高k介质阶梯变宽度SOI LDMOS

本文提出了一种具有高k介质阶梯变宽度结构的新型的SOI LDMOS器件,该器件通过在漂移区内引入介质区域使得漂移区的宽度呈阶梯变化.借助三维器件仿真软件DAVINCI对其势场分布及耐压特性进行了深入分析.首先,阶梯变宽度结构能够在漂移区内引入新的电场峰值来优化势场分布,提高击穿电压.其次,采用高k材料作为侧壁介质区域可以进一步优化漂移区内势场分布,并提高漂移区浓度来降低导通电阻.结果表明,与常规结构相比,新器件的击穿电压可提高42%,导通电阻可降低37.5%,其FOM优值是常规器件的3.2倍.     

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.     

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。