一款700 V VDMOSFET结终端结构设计

为了提高功率器件结终端击穿电压,节约芯片面积,设计了一款700 V VDMOSFET结终端结构。在不增加额外工艺步骤和掩膜的前提下,该结构采用场限环-场板联合结终端技术,通过调整结终端场限环和场板的结构参数,在151μm的有效终端长度上达到了772 V的击穿电压,表面电场分布相对均匀且最大表面场强为2.27×105V/cm,小于工业界判断器件击穿场强标准(2.5×105 V/cm)。在保证相同的击穿电压下,比其他文献中同类结终端结构节约面积26%,实现了耐压和可靠性的要求,提高了结终端面积的利用效率。     

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500V终端结构的设计与优化

设计了一个500 V纯场限环终端结构.在保证击穿电压的前提下,为了尽可能减小终端结构所占的芯片面积,适当调整场限环终端的结构参数,添加金属场板,形成场限环-场板联合边端结构,界面态电荷对器件性能的影响也得到改善.采用场限环-场板结构的终端,实现了539 V的击穿电压,并缩短了17.2μm的边端宽度,相应节省了14％的宽度.     

一款600V VDMOS终端结构的设计

设计了一款600V VDMOS功率器件的终端保护环结构,采用场限环与复合场板相结合的方式降低硅表面的电场峰值,且表面电场分布均匀.在159μm终端长度上仿真实现了670V的耐压,表面电场最大值为2.36e5V*cm-1,提高了终端的可靠性;工艺简单,同时没有增加额外的掩膜与步骤.     

一种800 V深阱多浮空场环终端结构设计

在多浮空场环理论的基础上,采用深阱多浮空场环技术,在200 μm的终端长度上实现了一种击穿电压为931 V 的VDMOS终端保护环结构。此终端硅表面各环电场均匀,最大表面电场强度为2.42e5 V/cm,在相同条件下,该终端结构的耐压比普通多浮空场环终端结构提升了34.15%,有效提高了终端效率。     

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。     

一种VLD结构VDMOS终端设计

垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,VDMOS)终端设计中,场限环结构被广泛应用,但随着器件耐压的增加,场限环终端在效率、占用面积方面的劣势也越发明显。结合横向变掺杂的原理,在成熟的场限环工艺基础上,只更改深阱杂质注入窗口大小与距离,设计了一种800 V VDMOS终端结构,击穿电压仿真值达到938.5 V,为平行平面结击穿电压的93.29%,有效终端长度仅为137.4 μm。     

VDMOS结构击穿电压的设计与分析

本文引用了附加有浮动电位保护环和场板的ＶＤＭＯＳ结构击穿电压的解析表达式，描述了浮动电位保护环和场板效应和穿通击穿电压的改进，经比较理论结果与测量数据有效好的一致性。     

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.     

一种带埋层的新型结终端技术

在高压功率器件领域,常规的场限环技术由于环的个数较多,占用芯片面积较大,导致终端的效率很低。为了改善这一缺点,提出了一种带P–埋层的新型高压终端技术,有效降低了主结边缘处的电场集中,提高了击穿电压。仿真结果表明,该结构的击穿电压达到3 439 V,终端的长度为1 000μm,较常规的场限环结构1 500μm(英飞凌公司3 300 V产品)节省了近30%的终端面积。     

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。     

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%。     

平面结场板结构表面场分布的二维解析

提出了基于二维泊松方程解的平面结场板结构的二维表面电场解析物理模型 .在该模型基础上 ,分析了衬底掺杂浓度、场板厚度和长度对二维表面场分布的影响 .解析预言的场分布与击穿电压的计算结果与先前的数值分析基本符合 .该模型为场板结构的优化设计提供了理论基础     

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。     

500V VDMOS功率器件终端结构设计

本文论述了VDMOS器件的一种场板-分压环结合的终端结构。对1.5A/500V功率器件进行了分析和设计,并给出了终端电场分布的模拟结果。投片试制结果与设计预期参数相符。     

高压功率MOSFET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MOSFET抗电压击穿能力的常用结终端保护技术,文章将分别介绍场板与场限环结终端保护技术各自的特点和耐压敏感参数,通过场板和场限环的互补组合来优化设计一款高耐压的VDMOS器件结构,最后采用ATHENA(工艺模拟)和ATLAS(器件模拟)工具来仿真验证优化设计的结果。     

700 V VDMOS设计

主要研究高压VDMOS器件的设计方法.理论分析了VDMOS结构参数与其主要性能的关系.按700V VDMOS器件击穿电压和导通电阻的设计要求给出基本的结构参数,并在此基础上通过数值模拟的方法进行优化.重点讨论外延电阻率及厚度,栅的长度和PBODY结深对VDMOS器件BV和Rdson的影响,最终得到了满足器件设计要求的最佳结构参数.同时还分析了集成电路中的VDMOS与普通分立VDMOS器件在器件结构设计上的主要差别.     

3200V双p阱终端VDMOS击穿特性仿真研究

基于场限环终端技术理论,提出了一种具有双p阱结构的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)。通过数值模拟软件分别仿真了p阱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并分析其击穿机理。研究结果表明,当漂移区掺杂浓度一定时,击穿电压随p阱数量和结深的增大而增大,随p阱掺杂浓度的增大而先增大后减小;当p阱参数一定时,击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而先增大后减小。经优化器件各项参数,击穿电压(V_B)达到3 200 V,与传统平面栅型VDMOS相比提升了305%,终端有效长度仅为26μm,表面电场最大值为1.21×10⁶ V/cm,且分布相对均匀,终端稳定性和可靠性高。     

High-k dielectrics based field plate edge termination engineering in 4H-SiC Schottky diode

This paper develops a deep insight into the behaviour of high-k dielectric-based field plate on Ni/4H-SiC Schottky diode. It tries to explain the mechanism by which high-k materials outperform silicon dioxide, when used under the field plate. Phenomena like modulation of field enhancement factor, reshaping of equipotential contours and expansion of depletion region while maintaining fixed depletion ratio (length/width = 2.3) helps to understand the electrical behaviour of high-k dielectric-based field plate. High-k materials relaxed the equipotential contours under the field plate edge which resulted in electric field reduction up to 88% and significant drop from 6.6 to 2.2 in field enhancement factor at device edges. The study considers the field plate of different dielectrics (SiO₂, Si₃N₄, Al₂0₃, HfO₂) and in each case, analytically explores the optimisation of field plate parameters (overlap length and dielectric thickness, dielectric constant). All the investigations have been done using numerical simulations on calibrated setup.     

1 000 V VDMOS的优化设计研究

主要是寻找一种优化设计1 000 V的VDMOS的方法.通过分析VDMOS导通电阻及关态击穿电压的理论模型,找到影响器件静态特性的主要参数:外延电阻率及厚度、栅的长度、p-body结深,针对以上主要参量的模拟,最终达到优化设计1 000 V的器件.通过用Rat=BV/Rdss来衡量优化程度,可以得到用穷举法模拟的相同结果并且模拟更简便、快捷.最终得到耐压1 080 V,特征导通电阻为3.418 76E4 mΩ·mm2的优化器件.