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随着耐压(BV)的增加,功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Filed-Effect Transistor)需要长的漂移区和低的漂移区掺杂浓度,这使得功率MOSFET的耐压和比导通电阻(Ron,sp)之间存在Ron,sp∝BV2.3~2.6的相互制约关系,即“硅极限”。功率VDMOS(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)具有小的元胞尺寸,且易并联产生大电流,但无法进行集成;功率LDMOS(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)易于进行集成,但不易并联且具有大的元胞尺寸。为了结合功率VDMOS和LDMOS的优点,同时有效缓解“硅极限”问题,本文提出三种可集成的槽型功率MOS器件。(1)提出一种具有槽源和槽栅结构的功率MOSFET。新结构具有从器件表面延伸至衬底的槽源和槽栅结构,使其具有元胞尺寸小、易集成、可并联产生大电流的特点。反向耐压时,槽源和槽栅对漂移区进行辅助耗尽,优化电场分布,在器件耐压不受影响的情况下,可以显著提高漂移区的掺杂浓度,降低器件的比导通电阻;正向导通时,漂移区靠近槽栅一侧会形成高浓度的电子积累层,产生一条低阻导电通道,进一步降低器件的比导通电阻。仿真结果表明,新结构的耐压为61V时,比导通电阻仅为0.13mΩ·cm~2,打破了BV和Ron,sp之间的“硅极限”关系。(2)提出一种具有分裂栅结构的槽源槽栅功率MOSFET。新结构具有槽栅结构和槽源结构,其中槽栅结构采用分裂栅形式。这种槽栅结构包括两部分栅导电材料,它们被介质隔离开,并接在不同的电极上。分裂栅结构减小了新结构栅漏电容,使其具有好的动态性能。仿真结果表明,新结构击穿电压为61V,比导通电阻为0.12 mΩ·cm~2,栅漏电荷为0.12n C×10-5/μm。(3)提出一种具有高K介质的功率MOSFET。新结构具有许多相同的子单元,子单元内具有高K介质延伸栅,高K介质延伸栅包括槽栅及其下方的高K介质。这些子单元相互并联构成新结构的核心区域,核心区域外侧依次设置介质槽和漏极延伸区,介质槽用于隔离核心区域和漏极延伸区。在反向耐压时,高K介质对漂移区产生强烈的辅助耗尽作用,提高漂移区浓度,调制电场分布,提高耐压并降低器件比导通电阻;在正向导通时,漂移区靠近高K介质一侧形成一条高浓度的低阻导电通道,进一步降低比导通电阻。介质槽来承受器件的横向耐压,可以缩短器件的元胞尺寸;漏极延伸区使器件能够集成。仿真表明,高K介质的相对介电常数(k)越高,比导通电阻就越低,新结构的击穿电压为60V,k=200时,比导通电阻为0.12 mΩ·cm~2;k=500时,比导通电阻为0.10 mΩ·cm~2。