双极晶体管导通状态对功率纵向双扩散MOSFET静态电流-电压特性的影响

通过对VDMOS结构器件测量的I—V特性和模拟结果的分析 ,发现在此结构中 ,寄生的双极管对器件性能具有不良影响 .可以来用一种新型的具有浅扩散p+区的自对准VDMOS结构 ,以完全消除寄生的BJT导通机制 。

垂直双扩散结构MOS功率集成电路的设计

提出了一种新型功率集成电路结构的设计方法。通过恰当的版图设计和利用垂直双扩散技术，可以在同一芯片上实现具有效强功率驱动能力的功能电路。这种结构的加工过程同ＶＤＭＯＳ完全兼容，关键技术是采用对接双重扩散形成ＮＭＯＳ结构，为实现芯片中ＮＭＯＳ结构与功率器件结构击穿性能的一致性，图形设计时，应将ＮＭＯＳ单元放置在ＶＤＭＯＳ器件的中心附近以取代部分ＶＤＭＯＳ元胞。通过电路与功率器件的内部连接而形成功率集成电路。

垂直导电双扩散型MOS管及其应用

本文分析与介绍了近期迅速崛起的电力电子场控器件──垂直导电双扩散型ＭＳ管的技术特点，发展概况及在电力电子技术、计算机、音响等方面的应用。

垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管电学法热阻测试中测试电流的研究

本文针对垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试的关键参数——测试电流的影响因素进行研究,测试电流选择恰当与否是热阻测试的先决条件。通过理论分析和三款典型垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件的试验验证,得出一种通过测试电流自升温、测试延迟时间及校温曲线这3个方面有效确定垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管器件电学法热阻测试时测试电流的方法。

新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET仿真研究

电能在转化与运用过程中会不可避免地出现能量的损耗,而电力控制和电能转换过程中最核心部分即为电力电子器件。GaN基准垂直MOSFET器件具有高输入阻抗、开关速率快以及对表面态陷阱不太敏感等优点,从而成为目前研究的热点,但由于沟道载流子的迁移率较低造成导通电阻与损耗较大。通过对再生长沟道GaN基准垂直MOSFET进行仿真,证明该结构可以有效解决沟道载流子的迁移率过低的问题。在再生长沟道GaN基准垂直MOSFET的基础上进行了结构改进,主要针对器件在源极区域与漂移区域的载流子分布进行了优化。其中,源极区域通过对源电极金属帽子下方Al_(2)O_(3)进行刻蚀,使得器件源极区域的电流导通路径得到了有效的缩短;而漂移区域通过在栅极下方插入一层载流子分布层,使得漂移区内载流子分布更加均匀。最终设计出了阈值电压为2.3V的新型再生长沟道GaN基准垂直MOSFET,器件的导通电阻低至1.8mΩ·cm^(2),击穿电压高达1053V。

带有肖特基漏极和场板结构的反向阻断垂直MOSFET研究

提出了一种采用肖特基漏极(SD)与场板相结合、实现硅基垂直MOSFET器件反向阻断应用的技术。基于该技术,采用二维仿真提出并研究了两种新型垂直MOSFET器件,即带有垂直场板(VFP)的SD-VFP-MOS器件和带有倾斜场板(SFP)的SD-SFP-MOS器件。相比采用肖特基漏极的MOSFET(SD-MOS)和采用超结和肖特基漏极的MOSFET(SD-SJ-MOS),所提出的SD-VFP-MOS,尤其是SD-SFP-MOS,反向击穿电压有显著提高,且几乎不影响导通特性。开展了器件的开态电流密度、关态电势分布、关态电流密度和电场分布分析,揭示了VFP和SFP提高器件反向阻断能力的内在机理。详细讨论了场板结构参数对器件反向击穿电压和场板效率的影响,研究结果对于SD-VFP-MOS和SD-SFP-MOS的设计具有重要意义。

双扩散型MOSFET栅电阻测试实现与应用

功率MOSFET的开关性能主要取决于栅极和源极间的等效电阻Rg和等效电容Cgs的乘积。讲述了双扩散型MOSFET栅电阻Rg和栅电容Cgs的等效模型和构成,介绍了金属绝缘半导体结构C-V曲线及栅电阻Rg的测试方法和设备。通过选用不同的直流偏置电压、频率、信号幅值等进行测试,确定了比较合适的栅电阻Rg测试方法。栅电阻Rg测试还可以用于生产中的不良分析。

垂直双栅MOSFET的性能设计和仿真分析

针对纳米器件应用程序,本文设计了两侧绝缘支柱上带有双栅结构的垂直金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET);考虑掺杂效应对垂直通道长度的影响,并对这些Lg=50nm的小型设备的工作效果进行分析;将Lg为50nm的设备与传统平面MOSFET进行比较,进而分析其性能;最后对创新设计进行评估,在纳米级领域中将结合了电介质容器(DP)的垂直MOSFET转塔与标准垂直MOSFET的设备性能进行全面的分析比较。结果表明优化掺杂效应可使垂直MOSFET的性能得到极大增强。在DP的排放端附近,源极和漏极之间的电荷共享现象减少,提高了势垒区的栅控制效果,抑制了纳米器件结构的短沟道效应(SCE)。

大功率射频Si-VDMOS功率晶体管研制

介绍了大功率射频硅-垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管(Si-VDMOS)的研制结果,采用栅分离降低反馈电容技术、多子胞降低源极电感技术等,从芯片原理着手,比较分析两种芯片结构设计对反馈电容的影响,以及两种布局引线对源极电感的影响,并研制出了百瓦级以上大功率射频Si-VDMOS功率晶体管系列产品。产品主要性能如下:在工作电压28 V及连续波下,采用8胞合成时,225 MHz输出功率达200 W以上,500 MHz输出功率达150 W以上;进一步增加子胞数量,采用12胞合成时,225 MHz输出功率达300 W以上,同时具备良好的增益及效率特性,与国外大功率射频Si-VDMOS功率晶体管的产品参数相比,达到了同类产品水平。

4H-SiC和6H-SiC功率VDMOSFET的单粒子烧毁效应

对基于4H-SiC和6H-SiC的垂直双扩散MOSFET(VDMOSFET)的单粒子烧毁(SEB)效应进行了对比研究。建立了器件的二维仿真结构,对不同SiC材料构成的器件物理模型及其材料参数进行了修正。利用Silvaco TCAD软件进行了二维器件的特性仿真,得到了两器件SEB效应发生前后的漏极电流曲线和电场分布图。研究结果表明,4H-SiC和6H-SiC VDMOSFET的SEB阈值电压分别为335 V和270 V,发生SEB效应时的最大电场强度分别为2.5 MV/cm和2.2 MV/cm,4H-SiC材料在抗SEB效应方面比6H-SiC材料更有优势。所得结果可为抗辐射功率器件的设计及应用提供参考。

4H-SiC基半超结VDMOSFET单粒子烧毁效应

4H-SiC半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应管(VDMOSFET)由于N型底部辅助层(NBAL)的引入,可以采用相对较小深宽比的超结结构,从而降低了制造工艺的成本与难度。利用器件仿真器Atlas建立了器件的二维仿真结构,对4H-SiC超结和半超结VDMOSFET的单粒子烧毁(SEB)效应进行了对比,随后研究了NBAL浓度变化对4H-SiC半超结VDMOSFET抗SEB能力的影响。结果表明,在相同漏电压下,NBAL导致半超结VDMOSFET在N-漂移区/N+衬底结处的电场峰值比超结VDMOSFET的电场峰值降低了27%。超结VDMOSFET的SEB阈值电压(VSEB)为920V,半超结VDMOSFET的VSEB为1 010V,半超结VDMOSFET的抗SEB能力提升了10%。随着NBAL浓度的逐渐增加,半超结VDMOSFET的抗SEB能力先增强后减弱,存在一个最优的NBAL浓度使其抗SEB能力最好。

高压RESURF LDMOSFET的实现

利用ＲＥＳＵＲＦ（ＲＥｄｕｃｅｄＳＵＲｆａｃｅＦｉｅｌｄ）技术，使用常规低压集成电路工艺，实现了适用于ＨＶＩＣ、耐压达１０００Ｖ的ＬＤＭＯＳＦＥＴ，本文介绍了该高压ＬＤＭＯＳＦＥＴ的设计方法、器件结构、制造工艺和测试结果。此外，本文还从实验和分析的角度探讨了覆盖在漂移区上面的金属栅──金属栅场板长度ＬＦ对ＲＥＳＵＲＦ器件耐压的影响。

射频功率Trench MOSFET研制

在国内首次研制出了一种采用条状元胞结构、特殊的栅槽刻蚀条件、特殊的栅介质生长前处理工艺及多晶硅栅的射频功率Trench MOSFET器件。该器件漏源击穿电压大于62V、漏极电流大于3．0A、跨导大于0．8S、阂值电压2～3V、导通电阻比同样条件的VDMOS降低了19％～43％，在175MHz、VDS=12VTN出功率Po为7W、漏极效率ηD为44％、功率增益GP为10dB。

新型PSOI LDMOSFET的结构优化

针对沟道下方开硅窗口的图形化SOI(PSOI)横向双扩散MOSFET(LDMOSFET)进行了结构优化分析,发现存在优化的漂移区长度和掺杂浓度以及顶层硅厚度使PSOILDMOSFET具有最大的击穿电压和较低的开态电阻。PSOI结构的RESURF条件为Nd·tsi=1.8～3×1012cm-2。对结构优化的PSOILDMOSFET进行了开态输出特性模拟,输出特性曲线没有曲翘现象和负导现象,开态击穿电压可达到16V,器件有源区的温度降低了50℃。结构优化有利于提高器件性能和降低器件的开发成本。

1000V 4H-SiC VDMOS结构设计与特性研究

设计并优化了一种基于4H-SiC的1000V垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS),在留有50%的裕度后,通过Silvaco仿真软件详细研究了器件各项参数与耐压特性之间的关系。经优化,器件的阈值电压为2.3V,击穿电压达1525V,相较于相同耐压条件下的Si基VDMOS,4H-SiC VDMOS的击穿电压提升了12%。此外,击穿时4H-SiC VDMOS表面电场分布相对均匀,最大值为3.4×10^(6)V/cm。终端有效长度为15μm,约为Si基VDMOS的6%,总体面积减小了近1/10。并且4H-SiC VDMOS结构简单,与相同耐压条件下的Si基VDMOS相比,未增加额外的工艺步骤,易于实现。

一种新型低压功率MOSFET结构分析

介绍了一种新型的低压功率MOSFET结构——Trench MOSFET。将其与常规VDMOS通过在 结构参数、电性能参数上的比较和分析,最终肯定了Trench MOSFET结构的优点。

4H-SiC基半超结VDMOSFET单粒子效应加固研究

研究了"高K栅"介质HfO_2和电荷失配对4H-碳化硅(SiC)基半超结垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOSFET)单粒子烧毁(SEB)和单粒子栅穿(SEGR)效应的影响,并给出了一种加固结构。研究结果表明,HfO_2介质的应用对器件SEB效应没有影响,但栅氧化层电场峰值降低了83%,对SEGR效应有加固作用。结合HfO_2介质层和增加沟道掺杂浓度两种方法的加固结构,在不影响器件阈值电压的同时,器件的SEB闽值电压为1 290 V,提高了28%;栅氧化层的电场峰值为2.2×10~6V/cm,降低了80%。当N柱区掺杂浓度大于P柱区时,器件的抗SEB能力有所增强,但N柱区掺杂浓度小于P柱区时,器件的抗SEB能力减弱。

屏蔽栅结构射频功率VDMOSFET研制

在台栅垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOSFET)的结构基础上,利用常规硅工艺技术,研制出了一种具有屏蔽栅结构的射频功率VDMOSFET器件,在多晶硅栅电极与漏极漂移区之间的氧化层中间加入了多晶硅屏蔽层,大幅度降低了器件的栅漏电容Cgd。研制出的屏蔽栅结构VDMOSFET器件的总栅宽为6 cm、漏源击穿电压为57 V、漏极电流为4.3 A、阈值电压为3.0 V、跨导为1.2 S,与结构尺寸相同、直流参数相近的台栅结构VDMOSFET器件相比,屏蔽栅结构VDMOSFET器件的栅漏电容降低了72%以上,器件在175 MHz、12 V的工作条件下,连续波输出功率为8.4 W、漏极效率为70%、功率增益为10 dB。

一种适合于OLED电视电源应用的新型超级结MOSFET

提出了一种新型超级结MOSFET结构,通过优化Si表面漂移区的杂质分布以抑制器件的结型场效应管(JFET)效应,改善器件特性。首先通过技术计算机辅助设计(TCAD)模拟并对比了新型超级结MOSFET和现有超级结MOSFET的电场强度分布、栅漏耦合电容随漏极电压的变化和开关过程,发现600 V新型超级结MOSFET比现有600 V超级结MOSFET的击穿电压提高了15 V、比导通电阻减小约3%,开关特性得到了大幅改善,器件关断时漏极电压尖峰降低41 V,栅极电压尖峰降低10 V。该新型超级结MOSFET在国内晶圆制造平台上成功制作,获得了优异的器件性能。在300 W有机发光二极管(OLED)电视电源板上进行替代纵向双扩散MOSFET(VDMOSFET)的对比测试,发现电源系统使用该新型超级结MOSFET比使用现有超级结MOSFET,其电磁干扰(EMI)性能改善了4.32~5.8 dB;与使用VDMOSFET相比,在保持EMI性能同等水平的同时,系统效率提高了0.52%。

VRF2944／3933：MOSFET

Microsemi推出高频率垂直扩散金属氧化物半导体（VDMOS）MOSFET产鼎系列，两款更大功率、更高电压（V）VRF2944和VRF3933器件经设计在2MHz-60MHz的工、№、科学和医疗（ISM）频率范围运作，