【摘 要】
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功率VDMOSFET,以开关速度快、高输入阻抗、低驱动功率等优点而被广泛应用于开关电源、汽车电子、整流器等应用中,在电子电力系统中扮演着重要角色。而现阶段在高压VDMOS领域,国外已经有规模化的产线,而我国则处于起步阶段,该方面的需求主要依靠进口,存在采购周期长,价格高,且随时被禁运的风险。因此,使得能够自主研制出基于国内工艺产线,设计并生产的高压功率VDMOS器件对我国而言具有重要意义。本文的目
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功率VDMOSFET,以开关速度快、高输入阻抗、低驱动功率等优点而被广泛应用于开关电源、汽车电子、整流器等应用中,在电子电力系统中扮演着重要角色。而现阶段在高压VDMOS领域,国外已经有规模化的产线,而我国则处于起步阶段,该方面的需求主要依靠进口,存在采购周期长,价格高,且随时被禁运的风险。因此,使得能够自主研制出基于国内工艺产线,设计并生产的高压功率VDMOS器件对我国而言具有重要意义。本文的目标在于基于国内工艺产线,设计一款漏源击穿电压达到2500V,漏源电流达到200 m A,导通电阻小于450?,阈值电压在2.5～4.5之间的高压功率VDMOS器件。论文主要工作如下:1、为实现设计目标,提出两种设计方案:（1）两个1250 V单管串联实现;（2）一个2500 V单管实现。本文首先对VDMOS器件的基本原理进行分析,并设计出适合的高压工艺流程,在该工艺的基础上,采用SILVACO仿真软件,分别就两种方案,对影响元胞结构击穿电压、导通电阻、阈值电压的各参数进行仿真优化,选取合适的结构参数。并对两种方案优缺点进行对比,最终选择方案一,用两个1250 V的单管串联实现。同时考虑到终端区耐压只能达到元胞结构的80%左右,元胞区击穿电压应达到1500 V以上。最终实现了单管耐压达到1631 V,阈值电压3.3 V,特征导通电阻76.62?·mm~2。2、分别对传统均匀间距场限环终端、线性渐变间距场限环终端、线性渐变间距场限环场板复合终端、非线性渐变间距场限环场板复合终端进行研究,研究了不同场限环个数、环宽、环间距、环间距增量等参数对终端结构耐压的影响。此外,还研究了场板以及截止环对于器件终端结构耐压的影响。最终设计了一款采用非线性渐变间距设计的场限环场板复合终端结构,实现终端结构击穿电压1510 V,终端长度354μm,终端效率约93%,并且稳定性和可靠性相对较高。在满足终端击穿电压1500 V要求的前提下,相比于传统均匀间距场限环终端结构,终端长度减少了46.7%;相比于线性渐变间距场限环结构终端,终端长度减少了23%。在满足设计要求的前提下,降低了芯片制造成本。
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