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功率集成电路(Power Integrated Circuit,PIC)由于其系统的可靠性和稳定性高,功耗低、体积小,重量轻、成本低等优势,已被广泛运用于消费电子、网络通信、计算机、工业控制等领域。作为PIC核心的DMOS器件的特性直接决定了整个电路的性能。
本文立足于PIC中的核心功率器件,首先简要分析了RESURF LDMOS器件的结构特点及其工作机理,利用ISE软件对600V RESURF LDMOS的各项特性进行了研究,提取了优化设计的结构参数。其次,基于现有的FG-LDMOS和TPMOS结构,通过改进得到了一种三维沟槽一平面栅LDMOS(3D-TPLDMOS)结构,并对其工作机理和各项特性进行了研究。最后,重点研究了DMOS器件的各种结终端技术,并在现有的台面及沟槽终端基础上,提出了两种可用于DMOS器件的浅槽负斜角和深槽正斜角终端新结构,研究了其耐压机理和击穿特性,并给出了优化设计的关键结构参数。主要研究内容如下:
首先,研究了600V Single和Double RESURF LDMOS的特性,提取优化设计的结构参数。对具有VLD RESURF LDMOS和浮置p区LDMOS器件结构分别进行了特性模拟与分析。结果表明,Double RESURF结构能够很好的协调器件导通电阻与阻断电压之间的矛盾关系;浮置p区RESURF LDMOS和VLD RESURF LDMOS结构可提高外延层的掺杂浓度、改善器件表面电场分布,进一步改善器件的导通特性和阻断特性。
其次,在现有的FG-LDMOS和TPMOS结构基础上,通过改进得到了一种3D-TPLDMOS结构,并对其导通、阻断及电容特性进行了模拟分析。结果表明,在相近的耐压下,3D-TPLDMOS器件比3D-平面栅LDMOS具有更低的导通电阻,但沟槽造型对其特性影响很大。当槽深为2μm、槽宽为1.5μm时,3D-TPLDMOS能在各特性间取得很好折衷。
最后,基于现有的台面和沟槽终端结构,提出两种适用于功率DMOS器件的浅槽负斜角和深槽正斜角结构,研究了其耐压机理和击穿特性,讨论了关键结构参数对其表面击穿电压的影响。结果表明,浅槽负斜角和深槽正斜角结构分别可以实现其体内平行平面结约92.6%和100%的击穿电压,并且两者所占用的终端面积远小于场限环终端所占的面积。
本文研究成果对开发新型功率MOS器件和改善PIC性能有一定的参考价值。