具有浮空埋层的高压器件新结构和击穿电压模型

提出具有浮空埋层的变掺杂高压器件新结构(BVLD:Variation in lateral doping with floating buriedlayer),建立其击穿电压模型.线性变掺杂漂移区的电场耦合作用使表面电场达到近似理想的均匀分布,n+浮空等电位层与衬底形成新平行平面结,使得纵向电压由常规结构的一个pn结承...     

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.     

衬底偏压对硅基高压器件新结构击穿电压特性的影响

提出基于衬底偏压技术的double RESURF结构,称为Sb double RESURF LDMOS。在n型衬底和n型漂移区之间嵌入p型外延层,阻挡器件阻断状态下的纵向电流通路,改变体内电场分布。衬底偏压加强漂移区电荷共享效应,降低漏极下方纵向电场峰,该技术对提高薄漂移区横向功率器件的纵向击穿电压尤其重要。结果表明,在保持较小导通电阻下,该结构较常规LDMOS击穿电压提高97%。     

带N型浮空岛的新型LDMOS

为了解决薄外延横向功率器件的纵向耐压问题,提出了一种带有N型浮空岛的新型LDMOS。与传统LDMOS不同,该结构在漏端下方的衬底耗尽层内加入多个纵向排列的N型浮空岛,扩展了衬底的耗尽层,降低了漏端下方的高电场,在纵向引入新的峰值电场,优化了器件的横向和纵向电场分布,大幅提高了器件的击穿电压。利用Sentaurus TCAD软件对新结构进行了仿真。结果表明,漂移区长度均为80 μm时,新结构的击穿电压为964 V,比相同漂移区长度下的传统LDMOS提高了113.7%,优值为1.01 MW·cm-2,比传统LDMOS提高了211%。     

浮空层结构的分析

分析了REBULF LDMOS的实验结果,由击穿电压的测试结果验证了模拟仿真中发现的漏电流增加源于n+浮空层的作用,但暴露于表面的n+p结的漏电流使击穿电压降低. 为了解决这个问题,文中分析了具有部分n+浮空层的REBULF LDMOS结构,此结构不但具有降低体内电场的REBULF效应,而且终止于源端体内的n+p结解决了文献［10］中的大漏电流问题. 分析结果表明,击穿电压较一般RESURF LDMOS结构提高60%以上.     

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%。     

单场限环的平面高压器件

通过优化设计和充分利用硅片面积 ,研制出了场限环的平面高压半导体分立器件     

薄型双漂移区高压器件新结构的耐压分析

提出与CMOS工艺兼容的薄型双漂移区(TD)高压器件新结构.通过表面注入掺杂浓度较高的N-薄层,形成不同电阻率的双漂移区结构,改变漂移区电流线分布,降低导通电阻;沟道区下方采用P离子注入埋层来减小沟道区等位线曲率,在表面引入新的电场峰,改善横向表面电场分布,提高器件击穿电压.结果表明:TD LDMOS较常规结构击穿电压提高16%,导通电阻下降31%.     

SBFL结构SiGe HBT器件的击穿特性研究

对高频SiGe HBT器件的击穿特性进行了研究。借助TCAD仿真工具,对超结结构引入器件集电区后的击穿特性进行了分析,提出了一种采用分裂浮空埋层结构(SBFL)的SiGe异质结器件。这种结构改善了器件的内部电场分布,电场分布由原来的单三角形分布变成双三角形分布。仿真结果表明,该器件结构的击穿电压由原有的3.6 V提高到5.4 V,提高了50%。     

具有n+浮空层的体电场降低LDMOS结构耐压分析

针对薄外延横向功率集成技术的发展,提出一种降低体内电场REBULF(REduced BULk Field)的新耐压技术,并设计了一例具有n+浮空层的REBULF LDMOS新结构.新耐压机理是通过嵌入在高阻衬底中的n+浮空层的等电位调制作用,提高源端体内低电场而降低漏端体内高电场使纵向电场重新分配,同时使衬底耐压提高.借助二维数值分析,验证了满足REBULF的条件为n+层的位置与衬底浓度的乘积不大于1×1012cm-2;在保证低的比导通电阻条件下,新结构较传统LDMOS结构击穿电压可提高75%以上.     

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。     

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 .     

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     

浮栅结构SOI LDMOS 器件的模拟研究

研究了一种具有浮栅结构的SOI LDMOS(FGSOI LDMOS)器件模型,并分析了该结构的耐压机理,通过Silvaco TCAD软件对该结构进行仿真优化。通过仿真验证可知,该结构通过类场板的结终端技术可以调节器件的横向电场,从而得到比普通SOI LDMOS器件更高的耐压并且降低了器件的比导通电阻。仿真结果表明,该结构与普通SOI LDMOS器件结构在相同的尺寸条件下耐压提高了41%,比导通电阻降低了21.9%。     

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     

An analytical model for punch-through limited breakdown voltage of planar junction with multiple floating field limiting rings

An appropriate model for punch-through (PT) limited breakdown voltage of a planar junction is presented for the first time as a function of the normalized epitaxial layer thickness and the critical depletion width of the cylindrical junction at breakdown in non-PT case. The results are applied to the planar junction structure with a single ring, taking into account three different breakdown modes. The problem of the multiple ring structure is solved using the equivalent ring method, which allows determination of the PT limited breakdown voltage and optimized ring spacings for the structure. Comparisons with two-dimensional device simulations using MEDICI show a good agreement.     

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.