场限环结构电压和边界峰值电场分布及环间距优化

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 ,提出了平面结场限环结构的电压分布和边界峰值电场的解析理论。以单场限环为例 ,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.     

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 .     

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。     

单场限环结构击穿电压的表面电荷效应分析

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，优化单场限环结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     

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。     

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.     

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。     

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.     

衬底浮空N 环高压器件新结构与击穿电压模型

提出带有衬底重掺杂N 环的高压器件新结构,称为FR LDMOS。在衬底中引入高掺杂N 环,漏极偏压由环结和漂移区主结分担,降低了主结电场,纵向击穿特性获得显著改善。基于柱坐标Poisson方程,建立击穿电压模型。结果表明：FR LDMOS较常规器件击穿电压提高56%。     

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%。     

圆柱突变结击穿电压及电场沿结边的分布

基于横向侧扩散与纵向体扩散结深构成椭圆形冶金结外形这一与工艺实际相符合的假设 ,通过圆柱对称解的归一化 ,提出了平面结击穿电场沿结边分布的解析解。理论结果阐述了不同结深及结边形状对边缘区击穿电压的影响规律 ,说明了表面击穿电压总是小于体内击穿电压的原因。     

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     

Planar termination for high-voltage p-n junctions

High breakdown voltages are achieved in a planar p-n junction using a deep diffused π ring connected to the main junction. The two-dimensional (2d) Poisson equation is solved and the breakdown voltage is computed with the critical field concept. The effect of several device structure parameters upon the electric field distribution is studied. Lowering the π ring junction depth from 25 to 1 μm significantly lowers the breakdown voltage (from 1850 to 1100 V). Unexpectedly, an optimum Q_ss value is found for a given structure. Experimental results, which confirm the high-voltage capability of this device, are also presented.     

A novel high-voltage device structure with an N~+ ring in substrate and the breakdown voltage model

A novel high-voltage device structure with a floating heavily doped N~+ ring embedded in the substrate is reported,which is called FR LDMOS.When the N~+ ring is introduced in the device substrate,the electric field peak of the main junction is reduced due to the transfer of the voltage from the main junction to the N~+ ring junction, and the vertical breakdown characteristic is improved significantly.Based on the Poisson equation of cylindrical coordinates,a breakdown voltage model is developed.The numerical results indicate that the breakdown voltage of the proposed device is increased by 56%in comparison to conventional LDMOS.