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相似文献
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1.
段宝兴  曹震  袁嵩  袁小宁  杨银堂 《物理学报》2014,63(24):247301-247301
为了突破传统横向双扩散金属-氧化物-半导体器件(lateral double-diffused MOSFET)击穿电压与比导通电阻的极限关系,本文在缓冲层横向双扩散超结功率器件(super junction LDMOS-SJ LDMOS)结构基础上,提出了具有缓冲层分区新型SJ-LDMOS结构.新结构利用电场调制效应将分区缓冲层产生的电场峰引入超结(super junction)表面而优化了SJ-LDMOS的表面电场分布,缓解了横向LDMOS器件由于受纵向电场影响使横向电场分布不均匀、横向单位耐压量低的问题.利用仿真分析软件ISE分析表明,优化条件下,当缓冲层分区为3时,提出的缓冲层分区SJ-LDMOS表面电场最优,击穿电压达到饱和时较一般LDMOS结构提高了50%左右,较缓冲层SJ-LDMOS结构提高了32%左右,横向单位耐压量达到18.48 V/μm.击穿电压为382 V的缓冲层分区SJ-LDMOS,比导通电阻为25.6 mΩ·cm2,突破了一般LDMOS击穿电压为254 V时比导通电阻为71.8 mΩ·cm2的极限关系.  相似文献   

2.
李春来  段宝兴  马剑冲  袁嵩  杨银堂 《物理学报》2015,64(16):167304-167304
为了设计功率集成电路所需要的低功耗横向双扩散金属氧化物半导体器件(lateral double-diffused MOSFET), 在已有的N型缓冲层超级结LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构基础上, 提出了一种具有P型覆盖层新型超级结LDMOS结构(P-covered-SJ-LDMOS). 这种结构不但能够消除传统的N沟道SJ-LDMOS由于P型衬底产生的衬底辅助耗尽问题, 使得超级结层的N区和P区的电荷完全补偿, 而且还能利用覆盖层的电荷补偿作用, 提高N型缓冲层浓度, 从而降低了器件的比导通电阻. 利用三维仿真软件ISE分析表明, 在漂移区长度均为10 μm的情况下, P-covered-SJ-LDMOS的比导通电阻较一般SJ-LDMOS结构降低了59%左右, 较文献提出的N型缓冲层 SJ-LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构降低了43%左右.  相似文献   

3.
曹震  段宝兴  袁小宁  杨银堂 《物理学报》2015,64(18):187303-187303
为了突破传统LDMOS (lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5 次方关系, 降低LDMOS器件的功率损耗, 提高功率集成电路的功率驱动能力, 提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS (semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF (three-dimensional reduced surface field)新型Super Junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS). 这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀, 将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μupm; 覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制, 实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应, 使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压; 当器件开态工作时, 覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累, 器件比导通电阻降低. 利用器件仿真软件ISE分析获得, 当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时, 比导通电阻为20.87 mΩ·cm2, 相同结构参数条件下, N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V, 比导通电阻为31.14 mΩ·cm2; 一般SJ-LDMOS 的击穿电压仅为180 V, 比导通电阻为71.82 mΩ·cm2.  相似文献   

4.
赵逸涵  段宝兴  袁嵩  吕建梅  杨银堂 《物理学报》2017,66(7):77302-077302
为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入的ADSL层使得漏端下方的纵向耗尽区大幅向衬底扩展,从而利用电场调制效应在ADSL层底部引入新的电场峰,使纵向电场得到优化,同时横向表面电场也因为电场调制效应而得到了优化.通过ISE仿真表明,当传统LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时,击穿电压由462 V增大到897 V,提高了94%左右,并且优值也从0.55 MW/cm~2提升到1.24 MW/cm~2,提升了125%.因此,新结构ADSL LDMOS的器件性能较传统LDMOS有了极大的提升.进一步对ADSL层进行分区掺杂优化,在新结构的基础上,击穿电压在双分区时上升到938 V,三分区时为947 V.  相似文献   

5.
段宝兴  李春来  马剑冲  袁嵩  杨银堂 《物理学报》2015,64(6):67304-067304
为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm2超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm2比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.  相似文献   

6.
乔明  张波  李肇基  方健  周贤达 《物理学报》2007,56(7):3990-3995
提出一种SOI基背栅体内场降低BG REBULF(back-gate reduced BULk field)耐压技术. 其机理是背栅电压诱生界面电荷,调制有源区电场分布,降低体内漏端电场,提高体内源端电场,从而突破习用结构的纵向耐压限制,提高器件的击穿电压. 借助二维数值仿真,分析背栅效应对厚膜高压SOI LDMOS (>600V) 击穿特性的影响,在背栅电压为330V时,实现器件击穿电压1020V,较习用结构提高47.83%. 该技术的提出,为600V以上级SOI基高压功率器件和高压集成电路的实现提供了一种新的设计思路. 关键词: SOI 背栅 体内场降低 LDMOS  相似文献   

7.
段宝兴  杨银堂 《物理学报》2014,63(5):57302-057302
为了优化AlGaN/GaN HEMTs器件表面电场,提高击穿电压,本文首次提出了一种新型阶梯AlGaN/GaN HEMTs结构.新结构利用AlGaN/GaN异质结形成的2DEG浓度随外延AlGaN层厚度降低而减小的规律,通过减薄靠近栅边缘外延的AlGaN层,使沟道2DEG浓度分区,形成栅边缘低浓度2DEG区,低的2DEG使阶梯AlGaN交界出现新的电场峰,新电场峰的出现有效降低了栅边缘的高峰电场,优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布,使器件击穿电压从传统结构的446 V,提高到新结构的640 V.为了获得与实际测试结果一致的击穿曲线,本文在GaN缓冲层中设定了一定浓度的受主型缺陷,通过仿真分析验证了国际上外延GaN缓冲层时掺入受主型离子的原因,并通过仿真分析获得了与实际测试结果一致的击穿曲线.  相似文献   

8.
为了优化传统AlGaN/GaNhighelectronmobilitytransistors结构表面电场分布,提高器件击穿电压和可靠性,本文利用不影响AlGaN/GaN异质结极化效应的Si3N4钝化层电荷分布,提出了一种sbN4钝化层部分固定正电荷AIGaN/GaNhighelectronmobilitytransistors新结构.SiaN4钝化层中部分固定正电荷通过电场调制效应使表面电场分布中产生新的电场峰而趋于均匀.新电场峰使得新结构栅边缘和漏端高电场有效降低,器件击穿电压从传统结构的296V提高到新结构的650V,而且可靠性改善.通过Si3N4与AlGaN界面横、纵向电场分布,说明了产生表面电场峰的电场调制效应,为设计SiaN4层部分固定正电荷新结构提供了科学依据.Si3N4钝化层部分固定正电荷的补偿作用,使沟道二维电子气浓度增加,导通电阻减小,输出电流提高.  相似文献   

9.
李琦  张波  李肇基 《物理学报》2008,57(3):1891-1896
提出表面阶梯掺杂(SD:Step Doping on surface)LDMOS的二维击穿电压模型.基于求解多区二维Poisson方程,获得SD结构表面电场的解析式.借助此模型,研究其结构参数对击穿电压的影响;计算优化漂移区浓度和厚度与结构参数的关系,给出获得最大击穿电压的途径.数值结果,解析结果和试验结果符合较好.漂移区各区和衬底电场相互调制,在漂移区中部产生新的峰值,改善电场分布;高掺杂区位于表面,降低了正向导通电阻.结果表明:SD结构较常规结构击穿电压从192V提高到242V,导通电阻下降33%. 关键词: 阶梯掺杂 模型 优化 调制  相似文献   

10.
段宝兴  杨银堂  陈敬 《物理学报》2012,61(22):408-414
为了缓解AlGaN/GaNhighelectronmobilitytransistors(HEMT)器件n型GaN缓冲层高的泄漏电流,本文提出了具有氟离子注入新型Al0.25Ga0.75N/GaNHEMT器件新结构.首先分析得出n型GaN缓冲层没有受主型陷阱时,器件输出特性为欧姆特性,这样就从理论和仿真方面解释了文献生长GaN缓冲层掺杂Fe,Mg等离子的原因.利用器件输出特性分别分析了栅边缘有和没有低掺杂漏极时,氟离子分别注入源区、栅极区域和漏区的情况,得出当氟离子注入源区时,形成的受主型陷阱能有效俘获源极发射的电子而减小GaN缓冲层的泄漏电流,击穿电压达到262v通过减小GaN缓冲层体泄漏电流,提高器件击穿电压,设计具有一定输出功率新型A1GaN/GaNHEMT提供了科学依据.  相似文献   

11.
段宝兴  张波  李肇基 《中国物理》2007,16(12):3754-3759
A new super-junction lateral double diffused MOSFET (LDMOST) structure is designed with n-type charge compensation layer embedded in the p$^{ - }$-substrate near the drain to suppress substrate-assisted depletion effect that results from the compensating charges imbalance between the pillars in the n-type buried layer. A high electric field peak is introduced in the surface by the pn junction between the p$^{ - }$-substrate and n-type buried layer, which given rise to a more uniform surface electric field distribution by modulation effect. The effect of reduced bulk field (REBULF) is introduced to improve the vertical breakdown voltage by reducing the high bulk electric field around the drain. The new structure features high breakdown voltage, low on-resistance and charges balance in the drift region due to n-type buried layer.  相似文献   

12.
李琦  朱金鸾  王卫东  韦雪明 《中国物理 B》2011,20(11):117202-117202
A novel thin drift region device with heavily doped N+ rings embedded in the substrate is reported, which is called the field limiting rings in substrate lateral double-diffused MOS transistor (SFLR LDMOS). In the SFLR LDMOS, the peak of the electric field at the main junction is reduced due to the transfer of the voltage from the main junction to other field limiting ring junctions, so the vertical electric field is improved significantly. A model of the breakdown voltage is developed, from which optimal spacing is obtained. The numerical results indicate that the breakdown voltage of the device proposed is increased by 76% in comparison to that of the conventional LDMOS.  相似文献   

13.
郑直  李威  李平 《中国物理 B》2013,(4):471-475
A non-depletion floating layer silicon-on-insulator (NFL SOI) lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor (LDMOS) is proposed and the NFL-assisted modulated field (NFLAMF) principle is investigated in this paper. Based on this principle, the floating layer can pin the potential for modulating bulk field. In particular, the accumulated high concentration of holes at the bottom of the NFL can efficiently shield the electric field of the SOI layer and enhance the dielectric field in the buried oxide layer (BOX). At variation of back-gate bias, the shielding charges of NFL can also eliminate back-gate effects. The simulated results indicate that the breakdown voltage (BV) is increased from 315 V to 558 V compared to the conventional reduced surface field (RESURF) SOI (CSOI) LDMOS, yielding a 77% improvement. Furthermore, due to the field shielding effect of the NFL, the device can maintain the same breakdown voltage of 558 V with a thinner BOX to resolve the thermal problem in an SOI device.  相似文献   

14.
A new analytical model for the surface electric field distribution and breakdown voltage of the silicon on insulator (SOI) trench lateral double-diffused metal-oxide-semiconductor (LDMOS) is presented. Based on the two-dimensional Laplace solution and Poisson solution, the model considers the influence of structure parameters such as the doping concentration of the drift region, and the depth and width of the trench on the surface electric field. Further, a simple analytical expression of the breakdown voltage is obtained, which offers an effective way to gain an optimal high voltage. All the analytical results are in good agreement with the simulation results.  相似文献   

15.
王裕如  刘祎鹤  林兆江  方冬  李成州  乔明  张波 《中国物理 B》2016,25(2):27305-027305
An analytical model for a novel triple reduced surface field(RESURF) silicon-on-insulator(SOI) lateral doublediffused metal–oxide–semiconductor(LDMOS) field effect transistor with n-type top(N-top) layer, which can obtain a low on-state resistance, is proposed in this paper. The analytical model for surface potential and electric field distributions of the novel triple RESURF SOI LDMOS is presented by solving the two-dimensional(2D) Poisson's equation, which can also be applied to single, double and conventional triple RESURF SOI structures. The breakdown voltage(BV) is formulized to quantify the breakdown characteristic. Besides, the optimal integrated charge of N-top layer(Q_(ntop)) is derived, which can give guidance for doping the N-top layer. All the analytical results are well verified by numerical simulation results,showing the validity of the presented model. Hence, the proposed model can be a good tool for the device designers to provide accurate first-order design schemes and physical insights into the high voltage triple RESURF SOI device with N-top layer.  相似文献   

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