【摘 要】
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功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,简称MOSFET）具有体积小、开关速度快、功耗小等优点,广泛应用于通信、工业自动化、交通运输以及消费电子等领域。随着现代通信产业的不断发展,往往要求电子系统具备热插拔功能,而热插拔技术实现的关键在于功率MOSFET的安全工作区（Safe Operating Area,简称SOA）足
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功率MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,简称MOSFET）具有体积小、开关速度快、功耗小等优点,广泛应用于通信、工业自动化、交通运输以及消费电子等领域。随着现代通信产业的不断发展,往往要求电子系统具备热插拔功能,而热插拔技术实现的关键在于功率MOSFET的安全工作区（Safe Operating Area,简称SOA）足够宽。但是,功率MOSFET不断追求低的特征导通电阻(Ron,sp),其芯片面积也不断缩小,不可避免的是SOA将会不断缩小。因此,设计具有更宽安全工作区的MOSFET器件具有重要意义。本文首先阐述了功率MOSFET安全工作区的定义,并分析了器件超出安全工作区的失效机理,研究表明导致器件失效的主要原因是二次击穿,且二次击穿能力与温度系数相关。然后,本文提出了一种新型宽SOA功率MOSFET的器件架构,在保证导通电阻不变的前提下,可显著拓宽器件的二次击穿限。该器件主要包括逻辑控制电路和分裂栅MOSFET两个部分;其中,逻辑控制电路包括反馈级、输出级和ESD保护,满足对分裂栅MOSFET的实时监测与自适应调节;分裂栅MOSFET包括两种不同栅信号驱动的元胞,使其能在宽SOA工作模式和低导通电阻工作模式实时切换。基于Sentaurus TCAD仿真平台,对分裂栅MOSFET器件进行了结构参数的优化设计。结果表明:随着p-body掺杂浓度增大,器件的SOA呈缩小趋势;随着栅氧厚度增大,器件的SOA整体上呈增大趋势。最后,对完整的宽SOA器件进行了合封测试,测试结果显示,本论文所设计的器件的SOA二次击穿电流达23.3A/cm~2(@Vds=56V,Time=10ms),相比传统器件扩大了27倍。
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