行掃描驅(qū)動(dòng)高壓SOI橫向功率器件與電路特性研究.pdf

1、SOI（Silicon On Insulator，絕緣體上硅）高壓集成電路具有良好的隔離性、高速度、高集成度、低功耗、抗閂鎖和抗輻射等特點(diǎn)，廣泛用于汽車電子、醫(yī)療電子、家用電器、工業(yè)控制、航空航天和照明應(yīng)用等領(lǐng)域，SOI技術(shù)已成為先進(jìn)硅集成技術(shù)的主流技術(shù)之一。行掃描驅(qū)動(dòng)電路作為 SOI集成技術(shù)的應(yīng)用之一，常用于等離子顯示驅(qū)動(dòng)中。等離子顯示屏是一種新型直視式圖像顯示器件，其具有圖像效果出眾、刷新速度快、壽命長(zhǎng)、視角寬、光效及亮度高、工作溫

2、度范圍寬等許多優(yōu)良特性。隨著其技術(shù)的廣泛應(yīng)用，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的驅(qū)動(dòng)芯片的開發(fā)意義重大。基于SOI技術(shù)的行掃描驅(qū)動(dòng)電路集合了SOI技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，相比體硅的驅(qū)動(dòng)電路更具優(yōu)勢(shì)，而其中的高壓SOI橫向功率器件和相關(guān)電路的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
　　本文對(duì)高壓SOI器件耐壓機(jī)理進(jìn)行研究，建立高壓SOI器件耐壓模型，基于厚膜 SOI材料，研究和設(shè)計(jì)用于行掃描驅(qū)動(dòng)的高壓 SOI器件及電路，包括高壓PLDMOS（P-channel Lateral Doub

3、le-diffused MOSFET）、NLDMOS（N-channel Lateral Double-diffused MOSFET），以及分頻器、輸入選擇電路、移位寄存器和電平位移電路等相關(guān)電路。本文所采用SOI材料的頂層硅厚度為11μm、埋氧層厚度為1μm，通過器件仿真設(shè)計(jì)NLDMOS和PLDMOS，研究器件特性并開發(fā)其集成工藝，以滿足驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用需求。此外，對(duì)行掃描驅(qū)動(dòng)電路的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，最終實(shí)現(xiàn)SOI基的等離子顯示平板

4、（Plasma Display Panel，簡(jiǎn)稱PDP）高壓行掃描驅(qū)動(dòng)芯片。
　　本文主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　1.建立高壓SOI器件耐壓模型，設(shè)計(jì)高壓SOI NLDMOS和PLDMOS，并開發(fā)相應(yīng)的集成工藝技術(shù)。本文建立了高壓SOI器件橫向和縱向耐壓模型，獲得器件擊穿時(shí)的電場(chǎng)電勢(shì)分布和RESUFR判據(jù)?；谀Ｐ椭笇?dǎo)，在11μm厚頂層硅、1μm厚埋氧層的 SOI材料上，設(shè)計(jì)用于高壓行掃描驅(qū)動(dòng)電路中的薄柵氧SOI NLDMO

5、S和厚柵氧SOI PLDMOS，研究場(chǎng)板、漂移區(qū)濃度等重要參數(shù)對(duì)器件關(guān)態(tài)和開態(tài)特性的影響，依此對(duì)器件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，本文開發(fā)了相應(yīng)的與傳統(tǒng) CMOS工藝相兼容的 SOI高壓集成工藝技術(shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明設(shè)計(jì)的高壓SOI NLDMOS和PLDMOS的關(guān)態(tài)耐壓分別達(dá)到210 V和-240 V。
　　2.提出一種具有部分高K介質(zhì)埋層的SOI PLDMOS。此新器件結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的部分埋氧層替換為介電常數(shù)更高的 Si3N4，降低了漂移區(qū)的

6、積累層電阻，使器件獲得更低的比導(dǎo)通電阻，同時(shí)減弱了器件的自熱效應(yīng)。通過與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的仿真對(duì)比，新結(jié)構(gòu)保持了與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)相當(dāng)?shù)膿舸╇妷?，但比?dǎo)通電阻降低了24％，最高溫度降低了59%。
　　3.設(shè)計(jì)一種高壓行掃描驅(qū)動(dòng)電路。設(shè)計(jì)的電路包括：f/6分頻器（FD）模塊、輸入選擇電路模塊、6 bit移位寄存器模塊、16 bit移位寄存器模塊、輸出信號(hào)產(chǎn)生電路模塊和電平位移電路模塊。對(duì)每個(gè)模塊的原理和功能進(jìn)行了分析，并仿真設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)的PDP行