论文部分内容阅读
瞬态阻断保护器件是一种新型的电路保护方案,不同于传统方案,瞬态阻断保护器基于硅技术,利用JFET检测浪涌电流,结合耗尽型VDMOS实现阻断功能。当电流恢复正常时,瞬态阻断保护器两端的电压自动回落,保护器自动重启,实现“自恢复”功能。目前,国内市场仍以传统电路保护方案为主,对瞬态阻断保护器还处在了解的过程。如今,国家对半导体行业的扶持力度不断加大,未来国内对瞬态阻断保护器的需求必定有所增长。本文以此为契机,设计一款能承受瞬态脉冲电压850V、触发电流最小值为500mA的双向瞬态阻断保护器件。本文的设计分为耗尽型VDMOS和控制电路两部分。本文首先概述了JFET以及耗尽型VDMOS的工作原理,并分析了耗尽型VDMOS的动静态特性以及终端理论。基于国内现有工艺平台,分别设计了适用于850V耗尽型VDMOS的高压工艺流程以及控制电路的分立器件的集成工艺流程。利用工艺仿真软件TSUPREM4验证耗尽型VDMOS工艺是否可行,结合二维器件仿真软件MEDICI优化功率VDMOS的元胞、终端的电学参数。最终,耗尽型VDMOS元胞的击穿电压为921V,特征导通电阻为18.7Ω·mm~2,阈值电压为-1.7V,终端的击穿电压为887V。利用仿真软件SILVACO验证控制电路工艺的可行性,优化控制电路中各分立器件的电学参数。最终,控制电路中NMOS的阈值电压为1.1V,特征导通电阻为0.07Ω·mm~2,击穿电压为17V;JFET的夹断电压为2.5V,线性区电阻为3Ω;多晶硅电阻值为2502Ω/sq;多晶硅二极管的导通压降为0.43V,击穿电压为9.9V。控制电路的触发电流为650mA。使用L-edit软件实现各器件的版图绘制。最后,将功率VDMOS和控制电路的电学参数导入电路仿真软件Cadence中,验证瞬态阻断保护器的功能。最终,本文设计的瞬态阻断保护器件能够阻断浪涌电流,并实现“自恢复”。本论文设计了一款850V/500mA的瞬态阻断保护器件,希望对今后的瞬态阻断保护器的设计乃至基于半导体技术的新型电路保护方案的设计具有一定的借鉴意义。