论文部分内容阅读
SOI(Silicon on Insulator)集成电路具有泄漏电流小,寄生电容小,功耗小,集成度高、抗辐射能力强等优点,已成为功率集成电路(Power Integrated Circuit,PIC)重要的发展方向。SOI功率器件作为集成电路的核心和关键,受到了国际上众多研究人员的关注,研究人员通过各种方法,改变SOI器件的基本工作模式和器件结构以提高SOI器件的性能。本章研究的BPSOI结构器件就是一种新型的高压功率器件。该器件在PSOI结构的基础上,在靠近源端的衬底中注入p型埋层,利用p型埋层和SiO埋层的电场调制作用,调节器件表面的电场分布,使得漂移区表面电场出现新的峰值从而分布趋于均匀,提高了器件的击穿电压;并且由于p型埋层的电中性作用,降低了导通电阻。 但目前对BPSOI功率器件的研究还存在一系列问题,缺少解析分析,物理意义不明确等等。因此本课题对BPSOI功率器件的击穿电压,体内温度分布以及热载流子效应展开了研究,建立了器件的电场/电势模型以及温度模型,这将有助于研究者了解BPSOI器件的击穿特性以及温度特性,并对该结构进行优化。 本课题首先研究了BPSOI功率器件的击穿特性。通过求解二维泊松方程,建立了器件漂移区表面电势和电场分布解析模型,并将解析模型与二维器件模拟软件MEDICI的模拟结果进行比较,验证了该模型的有效性。随后借助此模型,详细的研究了器件的主要参数,如多晶硅场极板的长度,埋层的长度以及厚度,衬底掺杂浓度对表面电场的影响,最后还给出了击穿电压和埋氧层厚度的关系。这些分析将有助于设计者对BPSOI结构进行优化设计,从而获得最高的击穿电压。 BPSOI结构提高了击穿电压,并在一定程度上缓解了SOI结构的自热效应,非常适用于高压功率集成电路中。但当BPSOI功率器件工作在大电流、大电压的环境下时,在器件漂移区的强电场和漏端下方局部埋氧层的共同作用下,表面硅膜层的温度很容易急剧上升,因此BPSOI功率器件体内的自热效应,仍然是一个不可忽视的问题。因此本文提出了器件工作时,硅膜层的二维温度分布模型,通过该模型可以清楚的掌握器件各部分的温度分布,从而结合器件的电场分布模型对器件参数进行进一步优化,该模型还为器件其他热问题的分析提供了基础。 最后,本文还研究了BPSOI功率器件的热载流子效应对器件性能的影响。通过MEDICI软件详细的模拟了BPSOI功率器件在不同的应力的条件下,器件的饱和电流以及阈值电压的衰退情况。通过器件表面的电场、电子温度分布状况,以及场氧化层栅氧化层中热载流子注入情况来分析了不同应力条件下器件性能的退化情况。