功率VDMOS器件的研究与发展

简要介绍了垂直双扩散功率场效应晶体管(VDMOS)的研究现状和发展历史。针对功率VDMOS器件击穿电压和导通电阻之间存在的矛盾,重点介绍了几种新型器件结构(包括沟槽栅VDMOS、超结VDMOS、半超结VDMOS)的工作原理和结构特点,以及其在制造工艺中存在的问题。对不同器件结构的优缺点进行了比较分析。对一些新型衍生结构(包括侧面多晶硅栅VDMOS、边氧沟道VDMOS和浮岛VDMOS)的特点进行了分析,叙述了新型SiC材料在VD-MOS器件中应用的最新进展,并指出了存在的问题和未来发展趋势。

国产VDMOS电离辐射环境中的敏感参数研究

分析了国产VDMOS(Vertical Double-diffusion MOSFET)总剂量试验数据,并比较了辐照环境中不同偏置下电学参数的变化差异,发现新工艺研制的VDMOS器件辐照敏感参数为击穿电压和阈值电压。根据试验结果得到考核VDMOS辐照可靠性的有效试验方法:击穿电压抗辐照考核时应采用漏偏置,阈值电压抗辐照考核时应采用栅偏置。

900V超结VDMOS的设计

超结MOSFET具有优越的静态直流特性。在已有成功设计600 V超结VDMOS经验的基础上,提出了相应的工艺方法。利用TCAD仿真软件,对主要的工艺参数和器件电学参数进行仿真优化,得到击穿电压为929 V、比导通电阻为23.67 m Ω·cm2的超结VDMOS。

具有ESD防护及过流保护功能的VDMOS设计

提出了一种芯片集成实现ESD防护及过流保护功能的VDMOS器件设计。在对电流采样原理分析的基础上,提出了一种适用于功率器件的局域电流采样方法及对应的过流保护电路结构,该方案具有结构简单、低功耗的特点。利用反向串联多晶硅二极管实现对VDMOS器件栅氧化层的ESD保护。完成了VDMOS的工艺流程设计,实现了保护电路中各子元件与主功率器件的工艺兼容。二维数值模拟表明:所设计的过流保护电路在室温下能实现38.4 A的限流能力,ESD保护能够达到2 000 V(HBM),能有效提高VDMOS在系统中的稳定性和可靠性。

沟槽型VDMOS的重离子辐射失效研究

空间辐射环境中含有各种高能带电粒子,高能带电粒子与电子器件相互作用可能引发单粒子效应(SEE),单粒子效应中单粒子烧毁(SEB)和单粒子栅穿(SEGR)是两种最主要的单粒子事件。对重离子环境下的器件退化和失效进行了研究,分析了重离子环境下的失效机理,提出了重离子条件下的器件改善结构,同时完成了仿真和重离子实验验证,提升了MOSFET抗重离子能力。