高压PSOI-LDMOS的机理研究

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随着现代社会的技术发展以及微电子行业的迅速发展,电子产品的更新换代速度也越来越快,半导体产业也面临着向更高水平发展的问题,同时半导体器件在各个行业的应用愈加广泛。其中横向双扩散金属氧化物半导体LDMOS作为功率半导体器件应用的主要构成部分,在近几年得到了大量的关注和应用。而其中绝缘层上硅SOI LDMOS结构具有良好的隔离性能等诸多优点,同时也有自热效应等不足之处。故在此基础上提出部分绝缘层上硅PSOI LDMOS结构,该结构结合了传统结隔离结构和SOI结构的优势,其衬底能够承担一部分纵向电压,因此可以提高耐压能力,并且硅窗能够抑制SOI结构固有的自热效应。第一部分介绍LDMOS的基本结构,并介绍常见的结终端技术。主要有减小表面电场RESURF原理,以及在RESURF基础上的Double-RESURF和Triple-RESURF原理,场板技术,场限环技术,横向变掺杂技术,结终端扩展技术和超级结结构。第二部分先是阐述了SOI基本结构,分析其优点和弊端,并阐述制备SOI结构的工艺流程。然后对于SOI LDMOS器件的击穿原理进行说明,在横向和纵向方向上分析其耐压能力,之后在SOI结构的基础上引入PSOI结构,并阐述基本的模型公式。第三部分对PSOI-LDMOS的尺寸等参数效应进行全面的分析,在不同的参数条件下仿真得出最佳击穿电压BVmax,并得出存在最佳的尺寸比例来获得更高的击穿电压。分析发现窗口长度和硅膜厚度比例为6是获得PSOI LDMOS更高BV的优化值。并且也优化分析了窗口长度以及漂移区浓度等参数。第四部分在PSOI LDMOS的基础上进行结构优化,提出了带有N型硅岛(NIS)和阶梯形漂移区(SDD)的部分绝缘体上硅结构NIS-SDD PSOI LDMOS。在器件横向以及纵向方向上详细分析了电场分布情况,并单独对N型硅岛和阶梯形漂移区的作用进行阐述。将NIS-SDD PSOI LDMOS与传统的LDMOS以及带有N型硅岛的PSOI结构分别进行比较,结果表明该结构显著提升击穿电压并降低了导通电阻。最后总结本课题论文主要工作,并对工作的意义和不足之处进行说明,展望未来的研究工作。
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