双扩散传热传质模型及在横向谷冷通风中应用

首先建立了单颗粒小麦内部水分迁移模型,基于有限元的方法数值模拟了颗粒内部水分变化规律,通过回归数值模拟数据,得到了颗粒平均水分模型和平均水分变化的干燥(或吸湿)速率模型。在此基础上推导出了谷物颗粒堆积床双扩散传热传质模型,并采用有限元的方法数值模拟分析了就仓横向(水平)谷冷通风时仓储粮堆内部热湿耦合传递规律。通过比较数值模拟和试验测定数据,验证了所建立的模型的合理性。分析了横向谷冷通风时粮粒温度和水分以及粮粒周围空气温度的变化规律,探讨了横向谷冷通风时粮堆内部降温效果。

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 。

具有纵向辅助耗尽衬底层的新型横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入的ADSL层使得漏端下方的纵向耗尽区大幅向衬底扩展,从而利用电场调制效应在ADSL层底部引入新的电场峰,使纵向电场得到优化,同时横向表面电场也因为电场调制效应而得到了优化.通过ISE仿真表明,当传统LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时,击穿电压由462 V增大到897 V,提高了94%左右,并且优值也从0.55 MW/cm^2提升到1.24 MW/cm^2,提升了125%.因此,新结构ADSL LDMOS的器件性能较传统LDMOS有了极大的提升.进一步对ADSL层进行分区掺杂优化,在新结构的基础上,击穿电压在双分区时上升到938 V,三分区时为947 V.

具有P型覆盖层新型超级结横向双扩散功率器件

为了设计功率集成电路所需要的低功耗横向双扩散金属氧化物半导体器件(lateral double-diffused MOSFET),在已有的N型缓冲层超级结LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构基础上,提出了一种具有P型覆盖层新型超级结LDMOS结构(P-covered-SJ-LDMOS).这种结构不但能够消除传统的N沟道SJ-LDMOS由于P型衬底产生的衬底辅助耗尽问题,使得超级结层的N区和P区的电荷完全补偿,而且还能利用覆盖层的电荷补偿作用,提高N型缓冲层浓度,从而降低了器件的比导通电阻.利用三维仿真软件ISE分析表明,在漂移区长度均为10μm的情况下,P-covered-SJ-LDMOS的比导通电阻较一般SJ-LDMOS结构降低了59%左右,较文献提出的N型缓冲层SJ-LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构降低了43%左右.

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。

LDD MOSFET表面横向电场模型及其应用

本文提出了一种计算LDD(Light-Doped Drain)MOSFET表面横向电场的解析模型.该模型含LDD MOSFET几何和掺杂参数,可用以计算具有不同长度、结深及掺杂的轻掺杂漏区的LDD MOSFET表面横向电场,并可计算常规MOSFET和缓交漏MOSFET的表面横向电场.用该模型算得结果与用FD-MINIMOS进行数值计算得到的结果相符.基于该模型算得的电场结果,可计算衬底电流,并进而计算击穿电压.该模型可十分简便地确定LDDMOSFET的最佳几何参数的掺杂参数,为LDD MOSFET的设计提供便利的工具和快速的参数提取方法.

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。

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。

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。

利用改善的体连接技术制备SOI LDMOSFET

对功率器件中常用的体连接技术进行了改进,利用一次硼离子注入技术形成体连接。采用与常规1μmSOI(硅-绝缘体)CMOS工艺兼容的工艺流程,在SIMOXSOI片上制备了LDMOS结构的功率器件。器件的输出特性曲线在饱和区平滑,未呈现翘曲现象,说明形成的体连接有效地抑制了部分耗尽器件的浮体效应。当漂移区长度为2μm时,开态击穿电压达到10V,最大跨导17.5mS/mm。当漏偏压为5V时,SOI器件的泄漏电流数量级为1nA,而相应体硅结构器件的泄漏电流为1000nA。电学性能表明,这种改善的体连接技术能制备出高性能的SOI功率器件。

横向超结器件衬底辅助耗尽效应的研究与展望

横向超结双扩散MOS(SJ-LDMOS)的性能优越,在高压集成电路和功率集成电路中具有广阔的应用前景,而衬底辅助耗尽效应是制约横向超结功率器件性能的重要因素之一。分析了SJ-LDMOS衬底辅助耗尽效应的产生机理,总结了当前国内外消除SJ-LDMOS衬底辅助耗尽效应的技术,比较了各种技术的比导通电阻与击穿电压的关系。最后,从设计技术、工艺及理论模型三个方面,对横向超结器件的发展方向进行了展望。

VDMOS横向变掺杂终端的优化与设计

击穿电压是垂直双扩散场效应晶体管(VDMOS)最重要的参数之一,器件的耐压能力主要由终端决定,终端区耗尽层边界的曲率半径制约了击穿电压的提升。横向变掺杂(Variable Lateral Doping)技术是调整深阱杂质的注入开窗和掩膜间距,在终端形成一个渐变的P型轻掺杂区,使反向偏压下终端区耗尽层边界的曲率半径变大。通过计算机仿真软件Sentaurus TCAD设计了一种650 V横向变掺杂结构终端。仿真结果表明,横向变掺杂结构终端可以有效缩小芯片面积和提高击穿电压,横向变掺杂结构终端的反向击穿电压为700 V,终端长度为118μm。与有相同击穿电压的场限环结构终端相比,其终端长度减小了25. 8%。此外,工艺设计复杂,但设计方法可以作为实际制造的参考。

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。

横向磁通电机控制器驱动及缓冲电路设计

采用MOSFET作为功率器件,设计实现了针对横向磁通电机的功率驱动电路。该电路采用光耦HCPL4504和专用驱动芯片UCC27321,具有外围电路简单可靠的特点;同时,为了抑制MOSFET两端出现的电压尖峰,设计了RCD缓冲电路。详细阐述了横向磁通电机驱动方案的整体结构、驱动电路设计以及关键参数的计算流程。最后,开展了900 W横向磁通电机驱动电路及缓冲电路的实验测试工作,通过试验测试验证所设计的驱动电路及缓冲电路的实用性和有效性。

LDMOSFET电热耦合解析模型

建立了包含电热耦合相互作用的大信号非线性射频LDMOSFET解析模型—Agereelectro-thermal transistor(AET)模型,包括:模型的拓扑图、等热和脉冲器件测试表征系统、模型参数的提取过程。在Agilent的电子设计工具软件ADS中植入和实现了该模型,并将其应用于实际射频功率放大器的设计,通过测量验证了该模型的正确。

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%。

Si/SiC超结LDMOSFET的短路和温度特性

Si/SiC超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET)能有效改善Si SJ-LDMOSFET阻断电压低、温度特性差和短路可靠性低的问题。采用TCAD软件对Si SJ-LDMOSFET和Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路和温度特性进行研究。当环境温度从300 K上升到400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度均低于Si SJ-LDMOSFET,表现出良好的抑制自热效应的能力;Si/SiC SJ-LDMOSFET的击穿电压基本保持不变,且饱和电流退化率较低。发生短路时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度上升率要明显小于Si SJ-LDMOSFET。在环境温度为300 K和400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路维持时间相对于Si SJ-LDMOSFET分别增加了230%和266.7%。研究结果显示Si/SiC SJ-LDMOSFET在高温下具有更好的温度稳定性和抗短路能力,适用于高温、高压和高短路可靠性要求的环境中。

超结结构的功率MOSFET输出电容特性

本文主要分析了超结结构的功率MOSFET的输出电容以及非线性特性的表现形态,探讨了内部P柱形成耗尽层及横向电场过程中,耗尽层形态和输出电容变化的关系,最后讨论了新一代超结技术工艺采用更小晶胞单元尺寸,更低输出电容转折点电压,降低开关损耗,同时产生非常大的du/dt和di/dt,对系统EMI产生影响。

新型缓冲层分区电场调制横向双扩散超结功率器件

为了突破传统横向双扩散金属-氧化物-半导体器件(lateral double-diffused MOSFET)击穿电压与比导通电阻的极限关系,本文在缓冲层横向双扩散超结功率器件(super junction LDMOS-SJ LDMOS)结构基础上,提出了具有缓冲层分区新型SJ-LDMOS结构.新结构利用电场调制效应将分区缓冲层产生的电场峰引入超结(super junction)表面而优化了SJ-LDMOS的表面电场分布,缓解了横向LDMOS器件由于受纵向电场影响使横向电场分布不均匀、横向单位耐压量低的问题.利用仿真分析软件ISE分析表明,优化条件下,当缓冲层分区为3时,提出的缓冲层分区SJ-LDMOS表面电场最优,击穿电压达到饱和时较一般LDMOS结构提高了50%左右,较缓冲层SJ-LDMOS结构提高了32%左右,横向单位耐压量达到18.48 V/μm.击穿电压为382 V的缓冲层分区SJ-LDMOS,比导通电阻为25.6 mΩ·cm2,突破了一般LDMOS击穿电压为254 V时比导通电阻为71.8 mΩ·cm2的极限关系.

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件,提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS,SOFLDMOS)新结构.这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面,利用阶梯氧化层的电场调制效应,通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀,提高了器件的耐压范围,解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题.通过三维仿真软件ISE分析获得,SOFLDMOS结构打破了硅的极限关系,充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应,漏极饱和电流比一般LDMOS提高3.4倍左右,可以在62 V左右的反向击穿电压条件下,获得0.74 mΩ·cm^2超低的比导通电阻,远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm^2比导通电阻,为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.