SOI高压器件及功率开关集成电路的研究

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SOI技术是21世纪重要的主流集成技术之一。它为器件及SOI技术提供了良好的隔离,减少了寄生效应,提高了工作速度,而且具有抗辐射能力强,集成度高等优点。本文目的是为某军工电路研究所设计,应用于某军工系统研究所的火炮控制系统的SOI高压器件及功率开关集成电路。本文主要进行了三个方面的工作:1、提出了降场电极U形漂移区的横向高压器件结构TSOI(Trench SOI),并建立了该结构的解析理论[1];2、提出基于SIMOX外延衬底ESOI(Epitaxial SIMOX SOI)的器件结构;3、设计了基于SIMOX处延衬底结构的功率开关集成电路。在新型横向高压器件结构TSOI的研究中,本文通过二维泊松方程建立其解析理论,正确描述了漂移区中电场的分布,并阐明其耐压机理。通过将TSOI结构的LDMOS与常规RESURF结构SOI-LDMOS的比较,在同等耐压下采用新型结构的器件长度缩短了1/2,比导通电阻降低了2/3。本文同时对基于该结构和屏蔽槽结构的SOI高压复合结构进行了研究[2-4]。本文提出ESOI的新型器件结构,并对RESURF、槽栅及3D-RESURF的ESOI器件进行了理论分析与模拟仿真,得出了器件的反向阻断与正向导通特性。在此基础上,本文设计了性能满足用户要求的,基于ESOI衬底结构的功率开关集成电路,该集成电路可承受60~80V的反向过冲电压,并具有过流,过压等保护电路。基于ESOI的器件及集成电路不仅衬底材料制备工艺简单,硅层厚度均匀性好,器件及电路特性具有SOI结构的优点,而且还兼顾一定的耐压,对自加热效应也得到优化。本项目目前已完成了SIMOX外延衬底的制备(I层0.37um,外延硅层2.8um),以及功率开关集成电路的电路设计,工艺设计和部分版图设计。
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