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近些年来,采用介质隔离技术的单芯片智能功率模块(Intelligent Power Modular,IPM)得到了越来越多的关注。通过将高压功率器件与各类高、低压电路,如逻辑控制电路、保护电路、高压输出电路集成到一块芯片上,可以有效降低系统成本,提高系统可靠性。在单芯片IPM中,快恢复二极管(Fast Recovery Diode,FRD)作为续流二极管和自举二极管使用,其性能对于整个IPM有着重要的影响。目前,对于厚膜绝缘体上硅(silicon on insulator,SOI)工艺上的FRD的研究主要集中于耐压技术的改进,而较少关注动态特性的改善,因此,迫切需要对厚膜SOI-FRD的动态特性进行优化,这对高性能FRD及单芯片IPM的研制具有重要意义。 本文从FRD在单芯片IPM中的应用需求出发,对器件进行了结构设计和版图设计,并对器件的击穿电压与动态特性进行了深入探讨。在器件基本结构设计方面,本文分别对器件的横向和纵向耐压以及动态特性进行优化设计。首先,根据设计理论并结合仿真,对器件基本二维PiN结构进行优化设计并确定了关键结构参数。然后对FRD的动态特性进行分析,提出一种改进的FRD结构,其特点在于将传统PiN结构阳极的P阱分为多个独立的岛状结构,在相邻P阱之间引入肖特基接触,并在阳极额外增加P+岛状区域以增加载流子的大注入,弥补引入肖特基区造成的载流子注入效率的降低,从而在较低的正向压降下获得较好的反向恢复特性。在器件版图设计方面,本文对FRD版图中存在的高压互连线区域进行结构改进,通过采用两道深槽氧化层结构保证高压互连线区域的耐压与器件区域相同。 Sentaurus软件仿真结果显示:新结构的反向恢复时间为136ns,相对传统PiN结构,本文设计结构器件反向恢复时间减少20%以上,且器件耐压和正向压降没有明显退化。流片测试结果表明:关态击穿电压BV为615V,在导通电流0.5A时的正向压降VF为1.6V,设计结果达到单芯片IPM中预定的设计指标。