超结MOSFET的体二极管可靠性与优化研究

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随着功率半导体技术的发展,超结器件(Super Junction)已经在中高压功率半导体器件领域被广泛采用,但是超结器件主要存在两个问题,其一是工艺实现难度较大,其二是由超结结构决定的其体内具有较大结面积的寄生体二极管,这会造成寄生体二极管在反向恢复过程中峰值电流IRM(Reverse Recovery Current)相比传统MOSFET更大,软度因子更小,最终使得器件可靠性大大降低,而要解决这些问题,就要对超结MOSFET的体二极管进行相关优化,以提高其可靠性。首先,本论文从理论层面介绍了功率VDMOS的发展历程。着重介绍了超结MOSFET及体二极管的基本理论,具体包括超结MOSFET的工作原理、电学特性以及超结体二极管的反向恢复原理,从峰值电流IRM、软度因子S和反向恢复时间Trr(Reverse Recovery Time)三个参数详细解释了体二极管的反向恢复特性。然后结合超结MOSFET体二极管中的测试现象,探究了Super-junction VDMOS(以下简称超结MOSFET)的可靠性与其体二极管特性的关系。总结出造成器件失效的其中两种原因:IRM过冲和电压过冲,并深入分析了其机理。进一步的,通过仿真软件MEDICI,以P/N柱变掺杂、体二极管载流子寿命为自变量,探究各自对体二极管反向恢复参数的变化,总结出优化体二极管可靠性的最佳条件为:PN柱处于最优掺杂剂量点Q1、采用电子辐照使得载流子寿命适量降低。然后通过与其它公司合作加以实际器件测量,使仿真数据和实际测量数据进行对比验证结论。最后,根据前文得出的相关结论,提出漏端接触区具有P型岛区的创新性结构,并通过仿真软件MEDICI对其体二极管反向恢复进行针对性仿真,将所得参数与常规超结MOSFET相比较,最终得出可以使得反向恢复优化的结论。
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