VDMOSFET二次击穿效应的研究

在PDP驱动电路中高压功率器件大量采用了VDMOS器件，由二次击穿引起的器件损坏不容忽视。本文讨论了双极晶体管和功率晶体管VDMOS二次击穿的现象，并着重分析了功率晶体管VDMOS二次击穿的原因，提出了改善其二次击穿现象的措施。用器件仿真软件MEDICI模拟了各参数因素对功率晶体管VDMOS二次击穿的影响。     

关于VDMOSFET二次击穿现象的分析和研究

在PDP驱动电路中的高压功率器件大量采用了VDMOS器件,由二次击穿引起的器件损坏不容忽视。本文讨论了双极晶体管和功率晶体管VDMOS二次击穿的现象,着重分析了功率晶体管VDMOS二次击穿的原因,并提出了改善其二次击穿现象的最佳设计参数及最优准则：基于寄生晶体管基区结深和浓度优化的方法。同时用器件仿真软件MEDICI模拟了各参数对功率晶体管VDNMOS二次击穿的影响。给出了仿真结果。     

SiC JFET功率特性的仿真与优化

建立了常关型SiC结型场效应晶体管(JFET)功率特性的数值模型,研究了不同的结构和材料参数对器件功率特性的影响。仿真结果显示,沟道层、漂移层等各层的厚度及掺杂浓度对器件的开态电阻和击穿电压都有明显的影响;采用电流增强层可以明显提高器件的功率特性。研究结果表明,对SiC JFET的结构参数进行优化,可以有效提高器件的优值(FOM)。     

多重场限环型终端结构的优化设计

开展了硅基金属氧化物场效应晶体管用多重场限环型终端结构的优化设计工作。研究了体区注入剂量、场限环宽度、主结宽度对击穿电压的影响规律,并对其机理进行了分析。通过仿真获得了器件内部的电场、电势和碰撞电离率分布。通过逐步优化获得了最终结构和工艺参数,体区注入剂量为1.3×10¹³ cm^-3,场限环宽度为1.5μm,主结宽度为11μm,对应终端击穿电压为106 V。实验开版流片获得的器件击穿电压为105.6 V,良率达到98.65%。     

4H-SiC功率MESFET的击穿特性

研究了4H-SiC MESFET器件的电学击穿特性和热学稳定性.建立了金属半导体场效应晶体管器件二维数值模型,分析了雪崩碰撞离化效应、隧穿效应和热效应在器件击穿中的作用.综合考虑了栅极偏置、自热效应等因素对击穿的影响.采用准静态方法,求解瞬态偏微分方程组,分析了器件的耐热耐压性能和可靠性.     

GaN基HFET电力电子器件的研究

作为第三代宽禁带半导体器件,GaN基HFET功率器件具耐高压、高频、导通电阻小等优良特性,在电力电子器件方面也具有卓越的优势。概述了基于电力电子方面应用的AlGaN/GaN HFET功率器件的研究进展。从器件的结构入手,介绍了AlGaN/GaN HEMT的研究现状,从栅材料的选取以及栅介质层的结构对器件性能的影响着手,对AlGaN/GaN MIS-HFET的研究进行了详细的介绍。分析了场板改善器件击穿特性的原理以及各种场板结构AlGaN/GaNHFET器件的研究进展。论述了实现增强型器件不同的方法。阐述了GaN基HFET功率器件在材料、器件结构、稳定性、工艺等方面所面临的挑战。最后探讨了GaN基HFET功率器件未来的发展趋势。     

对功率器件击穿电压的模拟优化

文章分析了微波功率器件的特点及其对器件击穿电压的影响,并在此基础上通过采用扩散保护环和耗尽区腐蚀两种方法来提高器件的击穿电压。文中对两种方法的相关参数进行了模拟优化,最终在浓度和厚度分别为9×1015cm-3和3μm的外延材料上制作出击穿电压为55V的C波段20W功率器件。     

4H-SiC功率MESFET的击穿特性

研究了4 H- Si C MESFET器件的电学击穿特性和热学稳定性.建立了金属半导体场效应晶体管器件二维数值模型,分析了雪崩碰撞离化效应、隧穿效应和热效应在器件击穿中的作用.综合考虑了栅极偏置、自热效应等因素对击穿的影响.采用准静态方法,求解瞬态偏微分方程组,分析了器件的耐热耐压性能和可靠性     

深阱RF功率双极晶体管雪崩击穿特性的模拟分析

本文提出一种能有效提高ＲＦ功率晶体管雪崩击穿电压和频率特性的晶体管结构深阱ＲＦ功率双极晶体管,并且采用ＭＥＤＩＣＩ分析软件研究了影响器件特性的一些因素：深阱阱壁的宽度与深度、阱壁填充介质、界面电荷以及场板．采用这种技术的功率晶体管（ＶＨＦ,线性输出功率１５Ｗ）的结构参数为ＮＣ＝７０×１０１５ｃｍ－３Ｎ型外延层,集电结结深ＸＪＣ＝０３μｍ,未掺杂多晶硅填充深槽．典型的器件雪崩击穿电压为ＢＶＣＢＯ＝７２Ｖ,截止频率１６ＧＨｚ;并且该晶体管具有较小的漏电流（～２０μＡ）．这初步显示了深阱结构在ＲＦ功率晶     

功率AlGaN/GaN肖特基二极管结构优化设计

利用Silvaco-ATLAS软件设计了AlGaN/GaN肖特基二极管(SBD)的基本结构,主要针对功率器件的关键参数—击穿电压进行仿真模拟,分析对比了AlGaN/GaN异质结中Al的组分、二极管阳极与阴极的间距Lac、场板的引入和长度以及FP结构下钝化层Si₃N₄的厚度t对二极管击穿特性的影响。结果显示,Lac的增加、场板的引入和FP结构下钝化层厚度t的变化均对二极管的击穿特性有所优化,但同时,Al组分的增加和Lac的增加对二极管引入了不同程度的负面影响。仿真结果对器件的实际制作具有一定的指导意义。     

界面电荷对圆柱形高kVDMOS的影响仿真研究

相比于传统VDMOS,超结耐压层结构和高k介质耐压层结构VDMOS能实现更高的击穿电压和更低的导通电阻.通过仿真软件,对3D圆柱形高k VDMOS具有、不具有界面电荷下的各种结构参数对电场分布、击穿电压和比导通电阻的影响进行了系统总结.研究和定性分析了击穿电压和比导通电阻随参数的变化趋势及其原因.对比导通电阻和击穿电压...     

JFET区注入对大功率VDMOS击穿电压和导通电阻的影响

研究了JFET区注入对大功率VDMOS器件击穿电压和导通电阻的影响,分析讨论了JFET区注入影响击穿电压的机理,并定量给出JFET区注入对导通电阻的影响.通过器件数值模拟优化JFET区注入剂量,并根据仿真结果改进器件设计,在满足击穿电压要求的前提下导通电阻降低了8％.     

一种600V VDMOS终端保护环结构的设计

本文详细讨论了VDMOS终端保护环结构各部分,即保护环、保护环间隙和场板的作用及设计方法。结合600VVDMOS的外延电阻率和厚度,一种600VVDMOS终端保护环结构被成功设计出来。     

部分埋氧结构VDMOS器件的二维势模型

提出具有部分埋氧结构的功率VDMOS器件的二维势模型。借助场解析方法,首先划分该结构器件的工作区域,由边界连续条件,求解各区的泊松方程,建立部分埋氧结构VDMOS器件二维势分布的解析模型。分析结果表明,在漏端电压分别为100V和200V下,电势解析解与数值解误差分别小于3%和4.7%。VDMOS器件引入埋氧层能显著提高耐压,且部分埋氧层的长度对VDMOS器件的耐压影响大于埋氧层的宽度对耐压影响。     

一种新型的双槽栅结构高压MOSFET

设计了一种能减小导通电阻并提高击穿电压的功率MOSFET。分析了击穿电压与外延浓度、耗尽层宽度、电阻率之间的关系。采用计算机仿真软件TCAD,对500 V、4 A下的N沟道MOSFET进行仿真验证。结果表明,相比传统VDMOS,双槽栅新型MOSFET的导通电阻减小了15.9%,反向击穿电压提升了2.8%。在工艺流程上减少了JFET退火工艺,仅增加了一层掩膜。     

高压功率VDMOS管的设计研制

随着功率电子器件进一步向高压、高频、大电流方向发展,VDMOS晶体管的市场将会越来越广阔。通过综合各种模型,优化外延层厚度和掺杂浓度。设计了高压VDMOS器件的元胞图形以及器件尺寸,并在终端利用新的思路,从而提高了漏源击穿电压,基于理论分析在工艺上成功实现了耐压为500V,导通电流为3A的功率VDMOS器件。     

Numerical modeling of power mosfets

The voltage limitations of UMOS vs VDMOS field-effect power transistor structures have been compared using 2-dimensional, 2-carrier numerical simulation for these devices in which the channel doping varies from source to drain. The electric field distribution at the surface and in the bulk is compared for these two structures. Premature voltage breakdown is predicted for the UMOS device caused by impact ionization due to the high electric field near the Si/SiO₂ interface.     

六角形超结VDMOS器件的终端结构设计

为六角形超结VDMOS器件提出了一种结终端结构,该终端结构采用与有源区相似的六角形晶格结构,但P柱和N柱的宽度均为有源区原胞晶格的一半.重点讨论了P柱的数量对表面电场的分布及击穿电压等的影响,模拟结果证实该终端结构的击穿电压大于600 V,击穿点发生在终端与有源区之间的过渡区.     

高压超结VDMOS结构设计

为改善高压功率VDMOS击穿电压和导通电阻之间的平方率关系,采用超结理论及其分析方法,结合电荷平衡理论,计算了超结VDMOS的理想结构参数,并利用仿真软件SILVACO对超结VDMOS的各个工艺参数(外延厚度,P柱掺杂剂量,阈值电压)进行了优化设计,对器件的正向导通特性和反向击穿特性进行了仿真分析。最终设计了一个击穿电压为815V,比导通电阻为23mΩ.cm2的超结VDMOS。     

半超结VDMOS的研究

为了改善功率器件导通电阻与击穿电压的折中关系,提出了半超结理论及其设计方法.在原胞部分研究了各个器件结构参数的深度和浓度的优化,在终端部分提出了一种平面结终端技术;提出了实现半超结VDMOS的工艺实现方法,并利用2-D仿真软件Medici进行仿真验证.结果表明,利用该优化方案,可以得到特征导通电阻为40 mΩ·cm2的600 V半超结VDMOS器件.