集成肖特基二極管的功率MOSFET器件模擬研究.pdf

1、最近幾年,由于在汽車電子、電腦周邊設備、便攜式電子、無線通信等方面的廣泛應用,低壓功率MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)得到了迅速的發(fā)展。功率MOSFET要求低開關損耗、高開關速度、高可靠性和簡單的制造工藝。為了滿足這些要求,需要開發(fā)具有較低導通電阻、寄生電容,在電感操作下較高的耐用性低壓功率MOSFET器件。在本文中,提出了幾種新型低壓功率MOSFET,有

2、效地改善了器件的性能。
　　本文的主要思想是,以集成肖特基二極管的功率MOSFET器件為研究對象,基于器件的擊穿電壓和導通電阻模型,實現各器件結構參數的優(yōu)化設計;分析器件的工藝流程,通過肖特基二極管結構的集成來提高器件的性能并進行優(yōu)化;對器件的特性進行模擬仿真驗證器件的特性變化。研究主要以材料屬性及新型器件結構研究為主,在此基礎上,設計完成三種具有快速反向恢復的高性能功率MOSFET器件,在一定程度上推動此類器件的研究發(fā)展。研究的

3、三種功率MOSFET器件,根據功率MOSFET器件中寄生PN二極管與器件特性之間的關系,利用金屬與半導體接觸的整流效應,通過對功率MOSFET器件內部的載流子的調整,達到了優(yōu)化功率MOSFET器件電學性能的目的。
　　首先提出了自對準內嵌肖特基結的雙外延功率VDMOSFET器件結構:SD-VDMOS(Self-alignedDual-epiVerticalDouble-diffusedMOSFETintergratedwithSc

4、hottkyrectifier),其特征是在VDMOSFET器件元胞中集成肖特基二極管,不僅可以節(jié)省器件的面積,還可以加速器件體二極管的反向恢復,降低器件的導通電阻,提高器件的優(yōu)值。其中肖特基二極管結面積可通過自對準工藝控制。通過器件模擬與特性仿真,證明了SD-VDMOS器件的開關特性與優(yōu)值要明顯優(yōu)于傳統的VDMOSFET結構器件,并且反向恢復特性得到改善。
　　然后研究一種集成肖特基二極管的分裂柵增強功率UMOSFET器件結構:

5、sSGE-UMOS(Split Gate Ehanched UMOSFET intergrated with Schottky Rectifier),在分裂柵增強器件(SGE-UMOS)的元胞中集成肖特基整流二極管,在不犧牲器件耐壓的前提下,有效地改善器件的反向恢復速率,降低器件正向壓降。通過改變肖特基二極管電極參數,可以對器件電學特性進行優(yōu)化。
　　最后,研究一種具有超低導通電阻的集成肖特基結的積累型柵增強功率UMOSFET:S

6、AGE-UMOS(Accumulation Gate Enhancedpower U-shaped MOSFET integrated with aSchottkyrectifier),在器件元胞內集成肖特基二極管,在沒有P型溝道區(qū)域的情況下,獲得較好的反向恢復特性和較低的泄漏電流。并且,通過使用柵增強(GE)技術,增加了器件漂移區(qū)中的電子電流密度,相對傳統的ACCUFET器件具有更低的導通電阻。通過優(yōu)化設計元胞中肖特基二極管電極參數,