【摘 要】
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功率MOSFET因其输入阻抗高、开关速度快的特点,在功率半导体器件领域占据重要地位,应用范围不断扩大。但是,作为单极型器件的功率MOSFET,其关键问题是较大的导通电阻使其通态
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功率MOSFET因其输入阻抗高、开关速度快的特点,在功率半导体器件领域占据重要地位,应用范围不断扩大。但是,作为单极型器件的功率MOSFET,其关键问题是较大的导通电阻使其通态功耗增加,影响系统的转换效率。对于低压小功率MOSFET,主要是尽可能减小器件尺寸,使其具备低通态压降、大电流的特点。对于高压大功率MOSFET,主要是解决导通电阻随耐压升高而迅速增大的问题。因此,为了降低导通电阻,不同耐压等级的功率MOSFET应选用不同的结构。本文针对不同耐压等级下,不同结构的功率MOSFET的导通电阻进行仿真研究,给出不同耐压等级下,不同结构的优化参数,并对不同结构的导通电阻进行比较分析。电压等级分为低(200V)、中(600V)、高(1200V)三个等级,结构以VDMOSFET、UMOSFET和SJMOSFET为代表。具体研究内容如下:(1)以特征导通电阻为研究目标,对不同阻断电压的VDMOSFET的漂移区的掺杂浓度、厚度以及栅极宽度进行优化。低阻断电压(200V)VDMOSFET最小特征导通电阻是0.027Ω·cm-2,所对应的优化参数为:掺杂浓度1.2×1015cm-3,厚度26μm,栅极宽度8.4μm;中阻断电压(600V)VDMOSFET最小特征导通电阻是0.215Ω·cm-2,所对应的优化参数为:掺杂浓度2.85×1014cm-3,厚度64μm,栅极宽度10μm;高阻断电压(1200V)VDMOSFET最小特征导通电阻是0.97Ω·cm-2,所对应的优化参数为:掺杂浓度1.17×1014cm-3,厚度134μm,栅极宽度14μm。(2)以特征导通电阻为研究目标,对两种不同阻断电压的UMOSFET的漂移区掺杂浓度、沟槽深度、沟槽底部氧化层厚度进行优化。低阻断电压(200V)UMOSFET最小特征导通电阻是0.009Ω·cm-2,所对应的优化参数为:沟槽深度2.8μm,沟槽底部氧化层厚度60nm,漂移区掺杂浓度1.2×1015cm-3;中阻断电压(600V)UMOSFET最小特征导通电阻是0.102Ω·cm-2,所对应的优化参数为:沟槽深度3.0μm,沟槽底部氧化层厚度60nm,漂移区掺杂浓度2.85×1014cm-3。与VDMOSFET进行对比分析,结果表明:对于低耐压(200V)等级的器件,UMOSFET的特征导通电阻值远小于VDMOSFET,对于中等耐压(600V)等级的器件,UMOSFET的特征导通电阻略小于VDMOSFET。(3)以特征导通电阻为研究目标,对阻断电压为1200V的SJMOSFET的柱区高度、N柱区浓度、P柱区浓度等参数进行优化。1200V SJMOSFET特征导通电阻为0.079Ω·cm-2,与VDMOSFET相比,1200V SJMOSFET的特征导通电阻更小。对不同结构,不同耐压的功率MOSFET特征导通电阻的研究表明:UMOSFET能有效减小低耐压VDMOSFET的特征导通电阻,随着耐压水平的增加,改善程度降低。SJMOSFET能有效减小高压功率MOSFET的特征导通电阻,适合制作高压功率MOSFET。
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