论文部分内容阅读
导通电阻和击穿电压的矛盾是功率半导体器件的核心矛盾之一,超结技术的出现,打破了传统功率器件导通电阻与击穿电压的极限关系,在功率集成电路中具有广泛的应用前景。超结器件的耐压机理完全不同于传统功率器件,因此其耐压理论的研究意义重大。但迄今为止,对超结器件的理论研究都集中在纵向结构,横向超结结构的耐压理论却仍然没有研究。为此,本文对常见的六种SOI横向超结功率器件(电荷平衡结构、浓度非平衡结构、宽度非平衡结构、完全非平衡结构、浓度线性缓变结构和宽度线性缓变结构),通过求解三维泊松方程,分别建立其耐压理论,为探讨工作机理、优化结构参数提供理论依据。本文的主要工作包括:一、SOI横向超结器件的表面势场分布解析模型研究。首先,基于求解漂移区内的三维Poisson方程,建立了不同SOI横向超结器件在完全耗尽和不完全耗尽情况下的表面电势和表面电场分布解析模型,并借助三维半导体器件仿真软件DAVINCI,对不同类型器件在完全耗尽和不完全耗尽情况下的表面电势和电场分布进行了数值模拟,并与解析结果进行了比较,二者的一致性证明了模型的正确性。二、器件结构参数对表面势场分布影响的研究。在上述模型的基础上,结合三维半导体器件仿真软件DAVINCI,深入研究了p/n区浓度、p/n区宽度、顶层硅厚度、埋氧层厚度以及漂移区长度等对各种SOI横向超结器件的表面电势和表面电场的影响,得到了各个器件参数变化时表面电势和表面电场的变化规律,为超结结构的耐压机理和结构参数的优化设计提供指导。三、SOI横向超结器件的击穿电压模型。基于上述势场分布模型,建立了四种不同SOI横向超结器件的击穿解析模型,得到了各种结构的横向击穿电压和纵向击穿电压的解析表达式,进而导出了各种结构的3D RESURF判据,最后利用这些判据对常规SOI N-LDMOS、浓度非平衡SOI SJ-LDMOS和宽度线性缓变SOI SJ-LDMOS三种结构进行了优化设计,并利用DAVINCI的数值模拟进行了验证。