功率MOSFET擊穿特性研究.pdf

1、擊穿電壓是功率半導(dǎo)體器件的重要參數(shù)之一。功率半導(dǎo)體器件在不同的應(yīng)用場合下，需要不同規(guī)格的擊穿電壓。從100V左右的顯示器驅(qū)動(dòng)，幾千伏的電氣機(jī)車，到上萬伏特的高壓直流傳輸應(yīng)用中，都可以發(fā)現(xiàn)功率半導(dǎo)體的身影。為了取得較高的擊穿電壓以滿足不同的應(yīng)用場合，人們自20世紀(jì)60年代起就開始了對擊穿電壓的研究。許多能夠有效提高擊穿電壓的邊端技術(shù)也陸續(xù)地被開發(fā)出來。
　　 本文主要的目標(biāo)是對以場限環(huán)技術(shù)和場板技術(shù)為主的邊端結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，并要

2、給出一種設(shè)計(jì)方法。本文采用由簡到難的研究路線。
　　 首先，本文詳細(xì)研究了前人所提出的耐壓機(jī)理、分析方法和解析方法，進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，無限大平面結(jié)與柱狀結(jié)兩類結(jié)的理論計(jì)算值與仿真結(jié)果十分接近。采用理論方法，可以精確地預(yù)測其電場分布情況以及電勢分布情況。
　　 在對各種結(jié)的研究與分析基礎(chǔ)之上，本文又進(jìn)一步研究了場限環(huán)與場板兩種技術(shù)，并將其融合在一起，進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，場限環(huán)間距和場限環(huán)結(jié)深對擊穿電壓

3、有明顯的影響；擊穿電壓對場板長度和場氧化層厚度的變化十分敏感。場限環(huán)的結(jié)深越深，擊穿電壓越高；擊穿電壓隨著場限環(huán)間距的增加會(huì)有先升高再降低的現(xiàn)象。場板有效降低了主結(jié)的表面電場，因此，場板越長，擊穿電壓越高；適當(dāng)調(diào)整場板下氧化層的厚度可以使擊穿電壓取得較優(yōu)的結(jié)果。同時(shí)，根據(jù)各種現(xiàn)象，可以推斷出，場限環(huán)較場板有更強(qiáng)的擊穿電壓擴(kuò)展能力，而場板有更強(qiáng)的降低表面場強(qiáng)的能力。
　　 將場限環(huán)和場板融合在一起的邊端結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果表明，該場限環(huán)

4、-場板聯(lián)合邊端結(jié)構(gòu)可以更有效地降低表面電場強(qiáng)度，調(diào)節(jié)表面電場的分布，提高擊穿電壓。
　　 最后，為取得較好的擊穿電壓結(jié)果，本文從邊端結(jié)構(gòu)入手，分析了擊穿時(shí)的電場分布情況和電勢分布情況，最終得到了場限環(huán)等電場峰值設(shè)計(jì)方法和場限環(huán)等電壓分布設(shè)計(jì)方法。本文采用場限環(huán)等電壓設(shè)計(jì)方法。在仿真軟件中，首先設(shè)計(jì)了一個(gè)500V多場限環(huán)邊端結(jié)構(gòu)。為優(yōu)化該結(jié)構(gòu)，場板技術(shù)被引入其中，在保證擊穿電壓特性不退化的條件下，優(yōu)化了電場分布，降低了表面電荷給器