高壓柵極驅(qū)動芯片可靠性研究.pdf

1、高壓柵極驅(qū)動芯片屬于高低壓兼容功率集成電路，可替代傳統(tǒng)分立元件搭建的驅(qū)動方案，用來控制驅(qū)動高壓功率器件。從而有效地減少系統(tǒng)中的元件個數(shù)，降低系統(tǒng)功耗與面積。目前，高壓柵極驅(qū)動芯片已成為節(jié)能電機(jī)控制系統(tǒng)中的核心元件，應(yīng)用于變頻家電、電動交通工具、中小功率工業(yè)設(shè)備等領(lǐng)域。以上領(lǐng)域?qū)π酒目煽啃远继岢隽撕芨叩囊蟆?br>　　高低壓隔離技術(shù)是高壓柵極驅(qū)動芯片設(shè)計的關(guān)鍵，雖然，目前分離式降低表面電場技術(shù)（Divided-RESURF）克服了高壓

2、互連及高側(cè)漏電等問題，但是，由于隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)嵌橫向雙擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體器件(LDMOS)，使得整體結(jié)構(gòu)仍存在局部擊穿與高溫反偏應(yīng)力(HTRB)考核下電學(xué)性能退化等風(fēng)險。此外，在感性負(fù)載系統(tǒng)中，芯片容易在瞬態(tài)vS負(fù)過沖噪聲與快速電壓變化dvS/dt噪聲的影響下，發(fā)生誤開啟、閂鎖等問題。以上可靠性問題嚴(yán)重制約著高壓柵極驅(qū)動芯片的應(yīng)用。本文基于1μm600V體硅高低壓兼容工藝，先后對芯片的隔離可靠性及抗噪能力提升技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)地分析與研究。主

3、要研究工作包括:
　　1、提出了一種內(nèi)嵌LDMOS器件的雙條狀N阱輔助耗盡Divided-RESURF隔離結(jié)構(gòu)，有效地抑制了P型隔離阱對LDMOS器件漂移區(qū)電荷平衡的影響，降低了隔離結(jié)構(gòu)高壓側(cè)拐角處的電場強(qiáng)度，避免了局部擊穿，提高了擊穿電壓。在相同漂移區(qū)長度下，新型隔離結(jié)構(gòu)的耐壓提升了15.8％，高側(cè)泄漏電流低于1μA。
　　2、深入研究了嵌入在隔離結(jié)構(gòu)中的LDMOS器件在高溫反偏應(yīng)力下?lián)舸╇妷号c導(dǎo)通電阻退化的內(nèi)在機(jī)理，提出

4、了一種降低表面柵極場板末端電場的新型結(jié)構(gòu)，有效地抑制了表面可動離子對器件電學(xué)性能的影響，成功通過了1000小時的HTRB考核。
　　3、分析了瞬態(tài)vS負(fù)過沖噪聲產(chǎn)生的原因，并深入研究了其導(dǎo)致高壓柵極驅(qū)動芯片失效的機(jī)理，提出了一種提升芯片抗瞬態(tài)vS負(fù)過沖能力的新型電路結(jié)構(gòu)，通過采樣瞬態(tài)vS負(fù)過沖信號并控制芯片的灌電流能力來降低噪聲的持續(xù)時間，從而有效地提升芯片的抗噪能力。實驗結(jié)果表明，采用該新型電路結(jié)構(gòu)的高壓柵極驅(qū)動芯片，其抗瞬態(tài)v

5、S負(fù)過沖能力可達(dá)-98V。
　　4、深入分析了vS/dt噪聲產(chǎn)生的原因及其對高壓柵極驅(qū)動芯片的影響，研究了傳統(tǒng)抗噪能力提升電路的弊端，提出一種雙脈沖觸發(fā)電容負(fù)載型電平移位電路結(jié)構(gòu)，規(guī)避了傳統(tǒng)電路中位移電流流過電阻負(fù)載而導(dǎo)致的誤觸發(fā)風(fēng)險。實驗結(jié)果表面，采用新型電平移位電路的高壓柵極驅(qū)動芯片，抗dvS/dt噪聲能力高于85V/ns。
　　5、對高壓柵極驅(qū)動芯片的輸入級電路、脈沖產(chǎn)生電路、欠壓保護(hù)電路、抗靜電保護(hù)電路等關(guān)鍵電路進(jìn)行