功率MOSFET擊穿特性研究.pdf

1、擊穿電壓是功率半導體器件的重要參數(shù)之一。功率半導體器件在不同的應用場合下，需要不同規(guī)格的擊穿電壓。從100V左右的顯示器驅動，幾千伏的電氣機車，到上萬伏特的高壓直流傳輸應用中，都可以發(fā)現(xiàn)功率半導體的身影。為了取得較高的擊穿電壓以滿足不同的應用場合，人們自20世紀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也陸續(xù)地被開發(fā)出來。
　　 本文主要的目標是對以場限環(huán)技術和場板技術為主的邊端結構設計進行研究，并要

2、給出一種設計方法。本文采用由簡到難的研究路線。
　　 首先，本文詳細研究了前人所提出的耐壓機理、分析方法和解析方法，進行了仿真驗證。仿真結果表明，無限大平面結與柱狀結兩類結的理論計算值與仿真結果十分接近。采用理論方法，可以精確地預測其電場分布情況以及電勢分布情況。
　　 在對各種結的研究與分析基礎之上，本文又進一步研究了場限環(huán)與場板兩種技術，并將其融合在一起，進行了仿真研究。仿真結果表明，場限環(huán)間距和場限環(huán)結深對擊穿電壓

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)間距的增加會有先升高再降低的現(xiàn)象。場板有效降低了主結的表面電場，因此，場板越長，擊穿電壓越高；適當調整場板下氧化層的厚度可以使擊穿電壓取得較優(yōu)的結果。同時，根據各種現(xiàn)象，可以推斷出，場限環(huán)較場板有更強的擊穿電壓擴展能力，而場板有更強的降低表面場強的能力。
　　 將場限環(huán)和場板融合在一起的邊端結構的仿真結果表明，該場限環(huán)

4、-場板聯(lián)合邊端結構可以更有效地降低表面電場強度，調節(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果，本文從邊端結構入手，分析了擊穿時的電場分布情況和電勢分布情況，最終得到了場限環(huán)等電場峰值設計方法和場限環(huán)等電壓分布設計方法。本文采用場限環(huán)等電壓設計方法。在仿真軟件中，首先設計了一個500V多場限環(huán)邊端結構。為優(yōu)化該結構，場板技術被引入其中，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