电导增强型高压功率器件研究

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实现高耐压(BV)和低比导通电阻(Ron,sp)是功率器件设计的关键目标和研究方向,但是,功率MOS的耐压和比导通电阻之间存在着相互制约的2.5on,spRμBV关系,即“硅极限”。为了突破“硅极限”,同时克服常规场板技术的不足,本文提出了两类积累型的低阻横向功率MOS新结构。正向导通状态,该结构在漂移区形成多数载流子的积累层,形成从源端到漏端的连续的超低电阻电流通道;关断耐压状态,延伸栅场板调节漂移区的电场分布,从而提高耐压。利用上述工作机理,器件的比导通电阻由漂移区中积累层电荷决定,不取决于漂移区的掺杂浓度,故无需考虑比导通电阻和耐压的折衷关系,这就有效缓解了2.5on,spRμBV的“硅极限”问题。基于上述工作机理,文中提出了以下两类横向功率MOS新结构:(1)提出了一种积累型超低比导通电阻的U形栅LDMOS。仿真表明:新结构在耐压达到662 V时,比导通电阻仅为12.4 m?·cm2,相比于同样尺寸下的常规结构,新结构的BV提高了88.6%且Ron,sp显著下降了96.4%,且因电流主要由积累层输运,比导通电阻不取决于漂移区的掺杂浓度,所以在器件优化设计时,器件耐压达到最大时其优值(FOM)也最高,打破了Ron,sp与耐压BV之间的制约关系。结合U形栅和积累层的特点,文中又讨论了一种应用于较低电压领域的变形结构。最后针对新结构的器件进行工艺流程设计。(2)提出了一种具有延伸栅的薄层SOI LDMOS。该结构一方面采用衬底刻蚀技术,突破SOI器件纵向耐压的限制,且无需采用常规薄层SOI器件的漂移区线性掺杂技术;另一方面,采用延伸栅场板结构在漂移区形成多子积累层,同时利用延伸栅场板辅助耗尽漂移区而提高漂移区掺杂浓度,二者显著降低器件比导通电阻。仿真表明,该器件耐压达到695.6 V,比导通电阻仅为28.9 m?·cm2。最后,仿真优化表明,新结构耐压随着漂移区长度的增加几乎线性增大,且其掺杂浓度不变,因此,新结构将拓宽SOI技术在高压领域的应用范围。
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