2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、現(xiàn)代電力電子技術(shù)的發(fā)展要求功率器件具有更優(yōu)越的高壓、高速、低功耗性能,超結(jié)(Superjunction,簡稱SJ)器件作為一類新型功率器件能進一步提高器件的耐壓,降低比導通電阻。在超結(jié)MOSFET中,比導通電阻與耐壓的1.3次方關(guān)系打破了常規(guī)器件中2.5次方的“硅極限”,緩解了比導通電阻與耐壓之間的矛盾。LDMOS(Lateral Double-diffused MOSFET)是功率集成電路(Power Integrated Circu

2、it,簡稱PIC)的關(guān)鍵器件,將超結(jié)技術(shù)應(yīng)用于LDMOS構(gòu)成SJ-LDMOS功率器件以提高其性能。但是,在橫向超結(jié)器件中,縱向電場影響了超結(jié)的電荷平衡,使超結(jié)耐壓下降,通常稱為“襯底輔助耗盡效應(yīng)”。這降低了SJ-LDMOS的性能,妨礙了橫向超結(jié)功率器件的發(fā)展。
   本文研究了橫向超結(jié)器件的耐壓機理,通過優(yōu)化體內(nèi)電場分布,促進超結(jié)電荷平衡;并通過降低硅中的體電場提高器件縱向耐壓,提出了橫向超結(jié)器件的降低體電場(Reduced B

3、ulk Field,簡稱REBULF)耐壓模型。根據(jù)REBULF耐壓模型,研制了一種基于電荷補償?shù)腟J-LDMOS器件,并從介質(zhì)場增強和電位調(diào)節(jié)途徑提出了兩類新型器件結(jié)構(gòu),提高了橫向超結(jié)器件的耐壓。主要的創(chuàng)新工作包括:
   1.提出了橫向超結(jié)器件的REBULF耐壓模型,通過優(yōu)化體內(nèi)電場提高超結(jié)器件的耐壓。從電荷補償、介質(zhì)場增強和電位調(diào)節(jié)三個方面分析了優(yōu)化體電場的方法。通過在漂移區(qū)補償電荷來承擔襯底耗盡,從而保證超結(jié)的電荷平衡,

4、優(yōu)化體電場;利用高密度的界面電荷增強介質(zhì)層的電場,從而降低超結(jié)中的縱向電場,改善超結(jié)的電荷平衡,并提高器件縱向耐壓;利用SOI器件的背柵特性,通過調(diào)節(jié)縱向電位,能優(yōu)化體電場分布,促進電荷平衡。
   2.基于電荷補償?shù)腞EBULF耐壓模型,結(jié)合BCD工藝的特點,研制了一種表面低阻通道LDMOS(Surface Low On-resistance Path LDMOS,簡稱SLOPLDMOS)。此器件利用高摻雜濃度的橫向超結(jié)作為電

5、流低阻通道,利用厚的N-well(或N-epi)作為縱向的耐壓層,緩解了縱向電場對橫向超結(jié)的影響,改善了電荷平衡,提高了器件耐壓。同時,SLOP LDMOS利用了表面超結(jié)的特點,兼容了BCD工藝,能應(yīng)用于功率集成電路。本文研制了500V耐壓級的SLOP LDMOS器件,在超結(jié)寬度為3μm的情況下,測試的功率品質(zhì)因數(shù)FOM(FOM=BV2/Ron,sp)達到了2.6MW/cm2。
   3.基于介質(zhì)場增強的REBULF耐壓模型,提

6、出了增強埋氧層電場的SOISJ-LDMOS,包括具有埋氧層表面固定電荷和具有動態(tài)緩沖層的器件結(jié)構(gòu)。通過界面電荷增強埋氧層的電場,降低了超結(jié)中的縱向電場,從而消除了縱向電場對超結(jié)電荷平衡的影響,同時提高了器件縱向耐壓能力。動態(tài)緩沖層具有自適應(yīng)增強電場的能力,利用電荷槽的電荷積累特性,電荷可以根據(jù)縱向電場的大小自適應(yīng)的積累,做到了對電荷的按需分配,達到了完美的效果。分析表明,當漂移區(qū)長度為10μm時,超結(jié)器件的耐壓達到220V,平均橫向電場

7、達到22V/μm。
   4.基于電位調(diào)節(jié)的REBULF耐壓模型,提出了具有動態(tài)背柵電壓的SOISJ-LDMOS。利用SOI器件的背柵特性,通過動態(tài)的背柵電壓來優(yōu)化超結(jié)器件的縱向電場的分布。背柵電壓使電子和空穴同時被吸引到埋氧層下方,這改善了超結(jié)的電荷平衡。因為背柵電壓將一部分縱向電壓從漏端轉(zhuǎn)移到了源端,這提高了器件的縱向耐壓能力。
   同時,本文還研究了基于電荷補償?shù)腜SOI SJ-LDMOS。此結(jié)構(gòu)利用超結(jié)在頂層形

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