一种沟槽型场限环VDMOSFET终端结构

场限环结构以其简单的工艺和较高的效率,在垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管终端结构中得到广泛应用,但其性能的提高也有限制。沟槽型终端结构对刻蚀工艺要求较高,并未在实际生产中得到大量应用。将场限环终端结构与沟槽终端结构相结合,设计了一种沟槽型场限环终端,在149.7 μm的有效终端长度上实现了708 V的仿真击穿电压。此结构可以得到较大的结深,硅体内部高电场区距离表面较远,硅表面电场仅为1.83E5 V/cm,具有较高的可靠性。同时,工艺中只增加了沟槽刻蚀和斜离子里注入,没有增加额外的掩膜。     

多重场限环型终端结构的优化设计

开展了硅基金属氧化物场效应晶体管用多重场限环型终端结构的优化设计工作。研究了体区注入剂量、场限环宽度、主结宽度对击穿电压的影响规律,并对其机理进行了分析。通过仿真获得了器件内部的电场、电势和碰撞电离率分布。通过逐步优化获得了最终结构和工艺参数,体区注入剂量为1.3×10¹³ cm^-3,场限环宽度为1.5μm,主结宽度为11μm,对应终端击穿电压为106 V。实验开版流片获得的器件击穿电压为105.6 V,良率达到98.65%。     

一种具有子沟槽结构的屏蔽栅MOSFET的研究北大核心CSCD

为了降低屏蔽栅沟槽型(SGT,Shield Gate Trench)MOSFET的导通电阻、提高器件的品质因数,通常使用增加屏蔽栅沟槽深度和密度的方法,但是在刻蚀高密度深沟槽时会使晶圆产生严重的翘曲现象。因此,提出一种100 V具有子沟槽(ST,Sub-Trench)的SGT(ST-SGT)器件结构。在相邻的主沟槽间插入子沟槽后,显著降低了器件栅极附近的电场峰值,避免栅氧化层出现过早击穿,同时较浅的子沟槽提升了外延层纵向电场分布的均匀性,改善了高密度深沟槽带来的晶圆翘曲问题。通过使用Sentaurus TCAD仿真软件,调节子沟槽深度和上层外延层电阻率两个重要参数,对ST-SGT进行优化设计。结果表明,当子沟槽深度为2.5μm、上层外延电阻率为0.23Ω·cm时,对应的ST-SGT的品质因数(FOM,Figure of Merit)最大,此时击穿电压为135.8 V,特征导通电阻为41.4 mΩ·mm^(2)。优化后的ST-SGT与传统SGT相比,其FOM提高了19.6%。     

一种沟槽-场限环复合终端结构的设计

为了改善硅功率器件击穿电压性能以及改善IGBT电流的流动方向,提出了一种沟槽-场限环复合终端结构。分别在主结处引入浮空多晶硅沟槽,在场限环的左侧引入带介质的沟槽,沟槽右侧与场限环左侧横向扩展界面刚好交接。结果表明,这一结构改善了IGBT主结电流丝分布,将一部分电流路径改为纵向流动,改变了碰撞电离路径,在提高主结电势的同时也提高器件终端结构的可靠性;带介质槽的场限环结构进一步缩短了终端长度,其横纵耗尽比为3.79,较传统设计的场限环结构横纵耗尽比减少了1.48%,硅片利用率提高,进而减小芯片面积,节约制造成本。此方法在场限环终端设计中非常有效。     

一种新型低压功率MOSFET结构分析

介绍了一种新型的低压功率MOSFET结构--Trench MOSFET.将其与常规VDMOS通过在结构参数、电性能参数上的比较和分析,最终肯定了Trench MOSFET结构的优点.     

3300V沟槽栅IGBT的衬底材料的优化设计

使用TCAD仿真软件对3 300 V沟槽栅IGBT的静态特性进行了仿真设计.重点研究了衬底材料参数、沟槽结构对器件击穿电压、电场峰值等参数的影响.仿真结果表明,随衬底电阻率增加,击穿电压增加,饱和电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随衬底厚度增加,击穿电压增加,饱和电压增加,拐角位置电场峰值降低;随沟槽宽度增加,饱和电压降低,击穿电压和拐角位置电场峰值无明显变化;随沟槽深度增加,饱和电压降低,击穿电压无明显变化,拐角位置电场峰值增加;随沟槽拐角位置半径增加,击穿电压和饱和电压无明显变化,但拐角位置电场峰值减小.选择合适的衬底材料对仿真结果进行实验验证,实验结果与仿真结果相符,制备的IGBT芯片击穿电压为4 128 V,饱和电压约为2.18 V.     

一种新型4H-SiC BJT结终端结构研究

设计了一种应用于4H-SiC BJT的新型结终端结构。该新型结终端结构通过对基区外围进行刻蚀形成单层刻蚀型外延终端,辅助耐压的p+环位于刻蚀型外延终端的表面,采用离子注入的方式,与基极接触的p+区同时形成。借助半导体数值分析软件SILVACO,对基区外围的刻蚀厚度和p+环的间距进行了优化。仿真分析结果表明,当刻蚀厚度为0.8μm,环间距分别为8,10和9μm时,能获得最高击穿电压。新结构与传统保护环(GR)和传统结终端外延(JTE)相比,BVCEO分别提高了34%和15%。利用该新型终端结构,得到共发射极电流增益β>47、共发射极击穿电压BVCEO为1 570V的4H-SiC BJT器件。     

一种积累型沟道的半超结结构绝缘栅双极型晶体管

A high performance trench insulated gate bipolar transistor which combines a semi-superjunction struc- ture and an accumulation channel （sSJTAC-IGBT） is proposed for the first time. Compared with the TAC-IGBT, the new device not only retains the advantages of the accumulation channel, but also obtains a larger breakdown voltage （BV）, a faster turn-off speed and a smaller saturation current level while keeping the on-state voltage drop lower as the TAC-IGBT does as well. Therefore, the new structure enlarges the short circuit safe operating area （SCSOA） and reduces the energy loss during the turn-off process.     

垂直氮化镓沟槽栅极场效应管的优化设计

在传统的氮化镓沟槽栅极场效应管的基础上,通过引入AlGaN层,在异质结界面处形成二维电子气减小器件的导通电阻,并对漂移层的厚度和掺杂浓度进行讨论,使用TCAD软件对器件进行设计优化。最终优化后的漂移层厚度为6μm,掺杂浓度为5×10¹⁶ cm^-3。器件获得了较低的导通电阻R_on=0.47 mΩ·cm²,较高的击穿电压V_BR=2 880 V和品质因子FOM=17.6 GW·cm^-2。结果显示出了沟槽栅极垂直氮化镓场效应管在高压大电流应用场景下的优势。     

700V VDMOS终端结构优化设计

基于垂直双扩散金属氧化物(VDMOS)场效应晶体管终端场限环(FLR)与场板(FP)理论,在场限环上依次添加金属场板与多晶硅场板,并通过软件仿真对其进行参数优化,最终实现了一款700 V VDMOS终端结构的优化设计。对比场限环终端结构,金属场板与多晶硅复合场板的终端结构,能够更加有效地降低表面电场峰值,增强环间耐压能力,从而减少场限环个数并增大终端击穿电压。终端有效长度仅为145μm,击穿电压能够达到855.0 V,表面电场最大值为2.0×105V/cm,且分布比较均匀,终端稳定性和可靠性高。此外,没有增加额外掩膜和其他工艺步骤,工艺兼容性好,易于实现。     

一种VLD结构VDMOS终端设计

垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(Vertical Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,VDMOS)终端设计中,场限环结构被广泛应用,但随着器件耐压的增加,场限环终端在效率、占用面积方面的劣势也越发明显。结合横向变掺杂的原理,在成熟的场限环工艺基础上,只更改深阱杂质注入窗口大小与距离,设计了一种800 V VDMOS终端结构,击穿电压仿真值达到938.5 V,为平行平面结击穿电压的93.29%,有效终端长度仅为137.4 μm。     

一种新型硅基恒流二极管的特性研究

提出了一种新型硅基环状分布垂直沟道恒流二极管,包括并联的结型场效应晶体管和PIN整流管。建立了器件的数值模型,并利用SILVACO TCAD仿真工具对器件的恒定电流值、击穿电压等特征参数进行模拟。结果显示,该器件工作于正向时,恒流效果好,开启电压约为3 V,击穿电压可达140 V;该器件工作在反向时,表现出良好的整流特性,开启电压约为0.8 V。     

一种新型介质槽隔离SiCOI MESFET

提出了一种新型的 Si COIMESFET器件结构 ,即介质槽隔离 Si COIMESFET。模拟结果表明 ,新型结构器件与常规平面 Si COI MESFET器件相比 ,击穿电压得到很大提高 ,从 3 80 V提高到近 1 1 0 0 V,而饱和漏电流和跨导下降。但通过器件结构的优化设计可以保障在击穿电压提高的同时漏电流和跨导不会发生大的退化。该器件结构为高温、抗辐照和大功率集成电路研制打下基础。     

650 V IGBT横向变掺杂终端的设计与优化

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)器件的最重要参数之一是击穿电压(Breakdown Voltage, BV),影响IGBT器件BV的因素包括：平面工艺PN结扩散终端、界面电荷、杂质在Si、SiO₂中具有不同分凝系数等。其中影响IGBT器件耐压能力的重要因素是芯片终端结构的设计,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了BV的提升,为了能够减少曲率效应和增大BV,可以采取边缘终端技术。通过Sentaurus TCAD计算机仿真软件,采取横向变掺杂(Variable Lateral Doping, VLD)技术,设计了一款650 V IGBT功率器件终端,在VLD区域利用掩膜技术刻蚀掉一定的硅,形成浅凹陷结构。仿真结果表明,这一结构实现了897 V的耐压,终端长度为256μm,与同等耐压水平的场限环终端结构相比,终端长度减小了19.42%,且最大表面电场强度为1.73×10⁵ V/cm,小于硅的临界击穿电场强度(2.5×10⁵ V/cm);能在极大降低芯片面积的同...     

尺寸缩小对沟槽MOSFET性能的影响

介绍了沟槽MOSFET(TMOS)的器件特性.为获得更小的尺Rdson(导通电阻)·A(面积)值,讨论了在元胞间距尺寸缩小到1.4 μm时,由于制造工艺的局限性以及沟道长度变短、结深变浅后,器件穿通风险加大.提出在不增加掩模版的前提下通过优化工艺,利用突起式结构以及沟槽式接触技术克服这一潜在风险,最终通过试验验证,得到了高稳定性低导通电阻的低压TMOS.     

一种新型VDMOS器件结构的设计与实现

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件是一种以多子为载流子的器件,具有开关速度快、开关损耗小、输入阻抗高、工作频率高以及热稳定性好等特点。提出一款60 V平面栅VDMOS器件的设计与制造方法,开发出一种新结构方案,通过减少一层终端层版图的光刻,将终端结构与有源区结构结合在一张光刻版上,并在终端工艺中设计了一种改善终端耐压的钝化结构,通过使用聚酰亚胺光刻胶(PI)钝化工艺代替传统的氮化硅钝化层。测试结果表明产品满足设计要求,以期为其他规格的芯片设计提供一种新的设计思路。     

1200V沟槽栅/平面栅场截止型IGBT短路耐量特性研究

研究了沟槽栅与平面栅结构1 200V/20A场截止(Field-stop)型(绝缘栅双极型晶体管)(IGBT)的短路耐量特性,从测试电路参数与器件本身的结构与工艺两方面对具有沟槽栅及平面栅结构的场截止型IGBT进行了探究,其中热耗散为引起击穿的主要原因。实际制作了沟槽栅-场截止型IGBT,采用优化的正面沟槽结构结合背面场截止薄片工艺,选择了合适的集电极-发射极间的饱和电流保证器件具有较低的导通压降的同时减少了焦耳热的产生,提升了芯片自身的抗短路能力(tsc>12μs),有利于沟槽栅IGBT应用的可靠性。     

一种快速关断沟槽型SOI LDMOS器件

围绕降低沟槽型SOI LDMOS功率器件的优值,提出了一种新型多栅沟槽 SOI LDMOS器件(MG-TMOS)。与常规沟槽型SOI LDMOS(C-TMOS)器件相比,新型MG-TMOS器件在不牺牲击穿电压的同时,降低了器件开关切换时充放电的栅漏电荷和器件的比导通电阻。这是因为:1) 新型MG-TMOS器件沟槽里的保护栅将器件的栅漏电容转换为器件的栅源电容和漏源电容,大幅度降低了器件的栅漏电荷;2) 保护栅偏置电压的存在使得器件导通时会在沟槽底部形成一层低阻积累层,从而降低器件的导通电阻。仿真结果表明:该新型沟槽型SOI LDMOS器件的优值从常规器件的503.4 mΩ·nC下降到406.6 mΩ·nC,实现了器件的快速关断。     

高压功率LDMOS的场极板击穿电压分析

提高 LDMOS的一个关键步骤是加场极板以降低其表面击穿电压。文中分析了加场极板后的 LDMOS击穿电压模式 ,指出了场极板的分压作用和场极板边界的影响 ,得到了其击穿电压的计算公式并用实验验证了公式的正确性