新型SOI LDMOS器件仿真研究及其模型建立.pdf

1、作為目前應(yīng)用最為廣泛的橫向功率器件，SOI（Silicon On Insulator）LDMOS（Lateral Double-diffused Metal Oxide Semiconductor）器件將SOI技術(shù)、微電子技術(shù)和功率電子技術(shù)集于一體。各種功率變換和能源處理裝置要求的高速、高集成度、低功耗的新型開關(guān)電路和功率放大電路，都是以SOI LDMOS器件作為基礎(chǔ)的核心器件。因此，研究SOI LDMOS器件的器件級(jí)性能，對(duì)于其應(yīng)用的

2、電路功能的實(shí)現(xiàn)，具有相當(dāng)重要的實(shí)際應(yīng)用意義。本文在充分學(xué)習(xí)理解前人提出的各種器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對(duì)一種新型的SOI LDMOS器件結(jié)構(gòu)展開研究，并建立了其數(shù)學(xué)模型，而后利用數(shù)學(xué)模型對(duì)器件參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。具體的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、對(duì)橫向變寬度VLW（Variation of Lateral Width）SOI LDMOS器件特性進(jìn)行仿真研究。利用Sentaurus TCAD三維器件數(shù)值仿真軟件，研究并分析其相關(guān)器件特性，并將其與傳

3、統(tǒng)的超結(jié)SJ（Super Junction）結(jié)構(gòu)的SOI LDMOS器件進(jìn)行對(duì)比。對(duì)比結(jié)果表明，對(duì)于漂移區(qū)長(zhǎng)為20μm、寬為2μm的SOI LDMOS結(jié)構(gòu)，采用槽柵結(jié)構(gòu)的高K介質(zhì)層橫向變寬度SOI LDMOS器件的擊穿電壓Vb為405V，特征導(dǎo)通電阻Ron,sp為27.165mΩ·cm2，相比同尺寸的超結(jié)結(jié)構(gòu)器件，其Vb增加了58.8％，而Ron,sp只有SJ SOI LDMOS器件的25.65%。并且通過相關(guān)的特性仿真研究，證明了新的

4、器件結(jié)構(gòu)在泄漏電流、柵電荷特性、工藝容差能力等其他諸多性能方面都較超結(jié)結(jié)構(gòu)SOI LDMOS器件有明顯改善。而且由于其特殊的漂移區(qū)結(jié)構(gòu)，避免了SJ SOI LDMOS器件特有的電荷非平衡問題。結(jié)合具體的工藝生產(chǎn)步驟，文中給出了橫向變寬度SOI LDMOS器件的工藝實(shí)現(xiàn)方法。
　　2、提出基于等效電容的等效漂移區(qū)概念，并以此為基礎(chǔ)，建立了槽柵變寬度器件的數(shù)學(xué)模型，其中包括了漂移區(qū)勢(shì)場(chǎng)分布模型、器件擊穿電壓模型、器件導(dǎo)通電阻模型。對(duì)于

5、各種復(fù)雜的三維器件結(jié)構(gòu)，之前很少有相關(guān)的器件模型被提出。此次提出的基于等效電容的等效漂移區(qū)概念，不僅適用于本文提及的三維結(jié)構(gòu)的橫向功率器件，對(duì)三維結(jié)構(gòu)的縱向功率器件同樣適用，以此推導(dǎo)得到的器件模型能夠有效預(yù)測(cè)器件整體漂移區(qū)的勢(shì)場(chǎng)分布以及相關(guān)的器件性能。文中給出的器件擊穿電壓模型以及最優(yōu)漂移區(qū)摻雜濃度判據(jù)，可以準(zhǔn)確簡(jiǎn)潔地指導(dǎo)器件設(shè)計(jì)。利用清晰明了的數(shù)學(xué)公式，結(jié)合具體器件結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步直觀地分析討論了槽柵變寬度結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及工作原理。