4H-SiC TSOB结势垒肖特基二极管静态特性

为增强器件的反向耐压能力,降低器件的漏电功耗,采用Silvaco TCAD对沟槽底部具有SiO₂间隔的结势垒肖特基二极管(TSOB)的器件特性进行了仿真研究。通过优化参数来改善导通压降(V_F)-反向漏电流(I_R)和击穿电压的折衷关系。室温下,沟槽深度为2.2 μm时,器件的击穿电压达到1 610 V。正向导通压降为2.1 V,在V_F=3 V时正向电流密度为199 A/cm²。为进一步改善器件的反向阻断特性,在P型多晶硅掺杂的有源区生成一层SiO₂来优化漂移区电场分布,此时改善的器件结构在维持正向导通压降2.1 V的前提下,击穿电压达到1 821 V,增加了13%。在1 000 V反向偏置电压下,反向漏电流密度比普通结构降低了87%,有效降低了器件的漏电功耗。普通器件结构的开/关电流比为2.6×10³(1 V/-500 V),而改善的结构为1.3×10⁴(1 V/-500 V)。     

4H-SiC TSOB结势垒肖特基二极管的结构优化设计

室温下,沟槽底部有氧化物间隔的结势垒肖特基二极管的击穿电压达到2 009V,正向导通压降为2.5V,在正向偏压为5V时,正向电流密度为300A/cm2。在P型多晶硅掺杂的有源区生成双层SiO2间隔,以优化漂移区电场分布,正向导通压降为2.5V,击穿电压达到2 230V,耐压值提高11%。反向电压为1 000V时,反向漏电流密度比普通结构降低90%,有效地降低了器件的漏电功耗。普通结构的开/关电流比为2.56×103(1~500V),而改进结构的开/关电流比为3.59×104(1~500V)。     

横向增强型双侧栅结构GaN JFET优化设计

提出了一种新型横向双侧栅结构的GaN JFET,并通过SILVACO软件对器件的沟道宽度、沟道电子浓度和p-GaN空穴浓度进行了优化,得到了阈值电压和输出电流与器件参数之间的变化规律,通过参数优化得到了增强型GaN JFET的结构参数条件。随后对设计的横向双侧栅结构增强型GaN JFET器件进行了击穿特性研究,发现当沟道长度短至0.5μm时,会出现严重的短沟道效应;当沟道长度大于1μm后,器件击穿电压由栅极与漏极间寄生PN结反向击穿决定,与沟道长度无关;采用RESURF (Reduced surface field)终端结构可以显著提升器件击穿电压,优化后的增强型GaN JFET器件击穿电压超过1 200 V。此外,采用p型GaN缓冲层替代n型GaN缓冲层,能够有效提高器件的栅控能力。     

高压nMOS器件的设计与研制

根据TCAD软件模拟的最优工艺条件成功研制了高压nMOS器件.测试结果表明器件的击穿电压为114V,阈值电压和最大驱动能力分别为1.02V和7.5mA(W/L=50).详细比较了器件的模拟结果和测试数据,并且提出了一种改善其击穿性能的方法.     

击穿蠕变现象及其消除

$ 测量PN结的击穿电压时,往往迂到着测量时间延长而击穿电压坛加的现象,这无论在MOS器件还是在双极型器件中均存在,尤其在硅高反压器件中;其击穿电压坛长的值更为显著。图1为典型的PN结击穿蠕变(Walkout)现象。     

一种PDP扫描驱动芯片的HV-PMOS的研究和实现

对一种适用于106.68cm PDP扫描驱动IC的HV-PMOS器件进行了分析研究。通过使用TCAD软件对HV-PMOS进行了综合仿真,得到了器件性能最优时的结构参数及工艺参数。HV-PMOS器件及整体扫描驱动IC在杭州士兰集成电路公司完成流片。PCM(Process control module)片上的HV-PMOS击穿电压达到了185V,阈值为6.5V。整体扫描驱动芯片的击穿电压达到了180V,满足了设计要求。     

高性能锗硅异质结器件击穿特性的研究

对高频下的SiGe HBT器件击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,分析了影响器件击穿特性的基区Ge分布与集电区掺杂浓度超结结构。在3种不同Ge分布下,仿真结果表明,基区Ge的均匀分布有利于提高击穿电压;同时将超结结构引入集电区后,SiGe HBT器件的击穿电压提高了36%,由2.5 V提高到3.4 V。     

非对称电阻场板场效应器件击穿特性仿真分析

利用TCAD仿真研究一种二维紧耦合电阻场板电流调制原理下的物理模型与最优化结构。通过优化关键工艺与材料参数,改善器件漂移区尖峰电场,最终在相同漂移区掺杂下击穿电压较一维PN结理论击穿电压提升273%,相同归一化击穿电压10%变化范围下,漂移区电荷变化允许冗余范围比现有传统PN超结拓宽15倍。相较于对称电阻场板场效应器件,在现有工艺下非对称优化电阻场板场效应器件能够更好的实现结构小型化与高密度的设计。     

3 A/40 V新型肖特基势垒二极管的设计与研制

为提高传统肖特基二极管的击穿电压,减小了器件的漏电流,提高芯片利用率,文中设计研制了适合于裸片封装的新型肖特基势垒二极管(SBD)。利用Silvaco Tcad软件模拟,在器件之间采用PN结隔离,器件周围设计了离子注入形成的保护环,实现了在浓度和厚度分别为7.5×1012 cm-3和5 μm的外延层上,制作出了反向击穿电压45 V和正向导通压降0.45 V的3 A/45 V肖特基二极管,实验和仿真结果基本吻合。此外,还开发了改进SBD结构、提高其电特性的工艺流程。     

一种具有多电极结构的高压SOI LDMOS器件

针对传统高压功率器件的击穿电压与比导通电阻始终相互矛盾的问题,提出了一种具有多电极结构的高压SOI LDMOS器件。该结构在漂移区的上方引入多个电极,每个电极偏置在不同的电位,器件正常工作时的电子电流聚集于漂移区表面,提供了一个低阻的导电通道,从而降低了比导通电阻。在漂移区引入多个额外电场峰值,提高了器件的击穿电压。与传统结构相比,新结构能够将击穿电压从325 V提高到403 V,并且比导通电阻降低43%。