700V VDMOS终端结构优化设计

基于垂直双扩散金属氧化物(VDMOS)场效应晶体管终端场限环(FLR)与场板(FP)理论,在场限环上依次添加金属场板与多晶硅场板,并通过软件仿真对其进行参数优化,最终实现了一款700 V VDMOS终端结构的优化设计。对比场限环终端结构,金属场板与多晶硅复合场板的终端结构,能够更加有效地降低表面电场峰值,增强环间耐压能力,从而减少场限环个数并增大终端击穿电压。终端有效长度仅为145μm,击穿电压能够达到855.0 V,表面电场最大值为2.0×105V/cm,且分布比较均匀,终端稳定性和可靠性高。此外,没有增加额外掩膜和其他工艺步骤,工艺兼容性好,易于实现。

用于降压型DC-DC转换器的短路保护电路设计

设计了一套用于降压型DC-DC转换器的隔断触发模式短路保护方案。除了具有基本的峰值限流功能,该方案还能使转换器在输出短路时触发周期性的休眠与软启动。通过对软启动信号的控制,将短路下的休眠时间设计为软启动时间的2倍。在软启动被触发时,当电感电流峰值达到限流门限时,转换器开关频率将降低到原来的四分之一,较好地控制了电感峰值电流。采用0.5μm BCD工艺进行仿真,结果表明,当峰值限流为3.6A时,平均输出短路电流仅1.06A,低于传统的逐周期降频限流方案。

700VVDMOS终端失效分析与优化设计

通过电测、微光显微镜(EMMI)漏电流定位和扫描电子显微镜(SEM)形貌分析等手段,对一款700V垂直双扩散金属氧化物半导体(VDMOS)器件进行失效分析(FA).基于Sentaurus TCAD仿真平台进行验证,找到击穿电压失效的主要原因.在改进终端结构的过程中,通过对电流密度、电场、静电势和空间电荷等仿真模型的分析,进一步发现造成耐压不足的场板(FP)结构问题,并提出有效的改进办法.最终,经过优化得到一款耐压770V、硅表面电场分布均匀可靠的终端结构.

高压功率VDMOS元胞的研制

基于Sentaurus TCAD仿真软件,在外延层参数与生产工艺确定的情况下,通过调整元胞的多晶硅长度优化特征导通电阻,并通过对版图元胞面积的准确计算,设计了三款导通电阻目标值为2.4,3.0和3.3Ω的高压功率VDMOS芯片。流片结果显示,导通电阻的平均值与版图计算值吻合度均超过96%,表明了该设计方法、仿真参数及版图设计具有较高的可靠性。