VDMOS单粒子效应简化电路模型研究

通过在功率VDMOS器件的等效电路模型中引入电阻分析器件的表面电压对其单粒子效应的影响。根据仿真数据,分析颈区宽度、P+注入和反向传输电容等参数对器件的影响,设计了250 V器件并进行辐照试验。仿真结果及试验结果与模型分析的结论一致:辐照条件下,表面电压由电阻分压确定;增加P+注入剂量和减小颈区条宽能够减小电阻,提高器件抗单粒子效应的能力;通过降低颈区浓度减小反向传输电容的方法,无法提高器件的抗SEE能力;颈区条宽增加,器件辐照后漏电增加。

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。

高k栅介质增强型β-Ga_(2)O_(3) VDMOS器件的单粒子栅穿效应研究

以增强型β-Ga_(2)O_(3)VDMOS器件作为研究对象,利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量,观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al_(2)O_(3)和HfO_(2)栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线性能量转移为98 MeV·cm^(2)/mg的重离子攻击,SiO_(2)栅介质器件则发生了单粒子栅穿效应(Single event gate rupture,SEGR)。采用HfO_(2)作为栅介质时源漏电流和栅源电流分别下降92%和94%,峰值电场从1.5×10^(7)V/cm下降至2×10^(5)V/cm,避免了SEGR的发生。SEGR发生的原因是沟道处累积了大量的空穴,栅介质中的临界电场超过临界值导致了击穿,而高k栅介质可以有效降低器件敏感区域的碰撞发生率,抑制器件内电子空穴对的进一步生成,降低空穴累积的概率。

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。

功率VDMOS器件辐射效应研究进展

垂直沟道双扩散金属-氧化层-半导体场效应晶体管(VDMOS)是一类继MOSFET之后发展起来的高效功率开关器件,其沟道长度由外延层的厚度来控制,适合于MOS器件向短沟道尺寸发展,可提高器件的高频性能及工作效率。功率VDMOS晶体管是一类适用于开关应用和线性应用的功率器件,在空间卫星电子系统中具有广阔的应用空间。从功率VDMOS器件结构及基本工作机制入手,梳理了其工作原理,总结了总剂量效应、单粒子效应、位移效应及剂量率效应对VDMOS器件性能的影响,从微观进行机制分析,对抗辐射加固方法进行总结,以提高VDMOS器件的可靠性,为改进抗辐射器件制造工艺及结构设计奠定基础。

硅基N沟道VDMOS不同偏置下总剂量效应研究

通过^(60)Coγ射线辐照试验,研究了不同栅极和漏极偏置下硅基N沟道VDMOS器件的总剂量效应,获得了器件的电学特性与低频噪声特性随辐射总剂量的变化规律。试验结果表明:受辐射诱生的氧化物陷阱电荷与界面陷阱电荷的影响,在栅极偏置为+20 V时,器件的电学特性随累积剂量的增大而退化明显。通过退火试验发现,相比于导通电阻和正向压降,阈值电压、漏电流、亚阈值摆幅和输出电容对于总剂量辐射更加敏感。而在低频噪声特性方面,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度与正栅极偏置呈现正相关性,与负栅极偏置呈现负相关性。在不同漏极偏置条件下,辐照后器件的沟道电流归一化噪声功率谱密度降低,且基本重合。依据噪声模型,认为N沟道VDMOS内部局域电场分布对辐射感生陷阱电荷的形成影响显著,导致器件Si/SiO_(2)界面或者附近的载流子与陷阱交换引起的沟道电流波动不同,成为低频噪声主要来源。研究结果可为N沟道VDMOS器件的辐射效应评估、筛选和抗辐射加固设计提供参考。

3200 V双p阱终端VDMOS击穿特性仿真研究

基于场限环终端技术理论,提出了一种具有双p阱结构的垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)。通过数值模拟软件分别仿真了p阱各项参数和漂移区掺杂浓度与击穿电压的关系,提取器件击穿时的表面电场并分析其击穿机理。研究结果表明,当漂移区掺杂浓度一定时,击穿电压随p阱数量和结深的增大而增大,随p阱掺杂浓度的增大而先增大后减小;当p阱参数一定时,击穿电压随漂移区掺杂浓度的增大而先增大后减小。经优化器件各项参数,击穿电压(V_(B))达到3 200 V,与传统平面栅型VDMOS相比提升了305%,终端有效长度仅为26μm,表面电场最大值为1.21×10^(6) V/cm,且分布相对均匀,终端稳定性和可靠性高。

陶瓷封装VDMOS功率器件粗铝丝超声键合工艺研究

陶瓷封装垂直导电双扩散场效应管(VDMOS)功率器件广泛地应用在新能源设备、汽车电子和其他工业领域。为了满足VDMOS器件的高可靠性使用要求,有必要对VDMOS粗铝丝超声键合工艺展开深入研究。通过工艺窗口定位及三因素三水平正交实验法探究粗铝丝超声键合工艺参数对键合点强度的影响情况。实验数据表明,超声功率是键合强度的主导因素,这是因为超声功率提供键合点金属扩散所需的绝大部分能量。此外,超声时间及键合压力为键合点金属扩散区的形成提供生长时间及生长环境,同样直接影响键合点的强度。分析结果表明,在满足一定推力要求的条件下,使用最优工艺参数作业能够得到面积更小的键合点,这可以增加芯片的有效利用面积,从而为高密度集成及多管脚引出提供技术支撑。

减小VDMOS密勒电容和反向恢复电荷的研究

提出了在VDMOSFET中减小密勒电容和反向恢复电荷的一种新结构,该结构结合了肖特基接触和分段多晶硅栅的方法。数值分析仿真结果表明,在相同器件单元尺寸下,该结构优于常规VDMOSFET,密勒电容Cgd可减少73.25%,Qgd和导通电阻优值减小65.02%,显示出很好的QgdRds(on)改善性能;同时,反向恢复电荷减少了40.76%。

基于ANSYS的功率VDMOS器件的热分析及优化设计

针对TO-220AB封装形式的功率VDMOS器件,运用有限元法建立器件的三维模型,对功率耗散条件下器件的温度场进行热学模拟和分析,研究了基板厚度、粘结层材料及粘结层厚度对器件温度分布的影响。分析结果表明,由芯片至基板的热通路是器件的主要散热途径,基板最佳厚度介于1~1.2 mm之间,且粘结层的导热系数越大、厚度越薄,越有利于器件的散热。

高压功率VDMOS管的设计研制

随着功率电子器件进一步向高压、高频、大电流方向发展,VDMOS晶体管的市场将会越来越广阔。通过综合各种模型,优化外延层厚度和掺杂浓度,设计了高压VDMOS器件的元胞图形以及器件尺寸,并在终端利用新的思路,从而提高了漏源击穿电压,基于理论分析在工艺上成功实现了耐压为500V,导通电流为3A的功率VDMOS器件。

功率VDMOS器件封装热阻及热传导过程分析

热阻是反映电子器件结温的关键热参数,也是指导用户在复杂应用环境中设计热特性的关键参数。本文研究了ITO-220AB封装器件由内至外不同分层材料特性对于器件热阻及热传导的影响。通过测量四种规格VDM OS器件结到环境热阻(R_(thj-a))及结到管壳热阻(R_(thj-c)),并采用结构函数分析法,分析热量从芯片到管壳外的热传导过程发现,随着芯片面积的增大,热阻线性减小,利于器件散热;芯片与框架间过厚的焊锡层非常不利于热量的传导;铜框架厚度间接影响了外部包裹树脂厚度,从而改变了树脂所占器件热阻R_(thj-c)的比例,树脂材料越厚,器件热阻会明显增大。

功率VDMOS开关特性与结构关系

ＶＤＭＯＳ的开关时间对其开关功耗和频率特性有直接影响．笔者设计和制造了３种体内结构与常规ＶＤＭＯＳ相同，而表面结构不同的器件．实验结果表明，这３种结构器件的开关时间都明显减小．

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。

总剂量辐照加固的功率VDMOS器件

采用先形成P-body区再生长栅氧化层的新工艺流程和薄栅氧化层配合Si3N4-SiO2钝化层加固工艺,研制出一种抗总剂量辐照加固功率VDMOS器件。给出了该器件的常态参数和总剂量辐照的实验数据,通过和二维数值仿真比较,表明实验数据和仿真数据能较好吻合。对研制的功率VDMOS器件在X射线模拟源辐照总剂量972×103rad(Si)下,阈值电压仅漂移?1V。结果证明,工艺改善了功率VDMOS器件的抗总剂量辐照能力。

功率VDMOS器件低剂量率辐射损伤效应研究

研究了抗辐射加固功率VDMOS器件在不同偏置条件下的高/低剂量率辐射损伤效应,探讨了阈值电压、击穿电压、导通电阻等电参数在不同剂量率辐照时随累积剂量的变化关系。实验结果表明,此型号抗辐射加固功率VDMOS器件在高/低剂量率辐照后参数的漂移量相差不大,不具有低剂量率辐射损伤增强效应。认为可以用高剂量率辐照后高温退火的方法评估器件的总剂量辐射损伤。实验结果为该型号抗辐射加固功率VDMOS器件在航空、航天等特殊领域的应用提供了技术支持。

VDMOS场效应晶体管的研究与进展

介绍了新一代电力电子器件VDMOS的发展概况及工作原理,分析了其技术特点与优势,重点阐述了近年来国际上VDMOS在高压大电流及低压大电流方面所取得的理论及技术突破,通过不断改进的沟槽技术以及封装工艺提高了器件的整体性能,而Superjunction新结构、SiC新材料的采用突破了Si的高压应用理论极限。最后对未来的研究方向作了展望。

星用功率VDMOS器件SEGR效应研究

对源漏击穿电压为400 V和500 V的N沟功率VDMOS器件进行碘离子单粒子辐照实验,讨论了不同偏置下两种功率器件的SEGR效应。研究结果显示:栅源电压为0 V、漏源电压为击穿电压时,器件未发生单粒子效应,表明两种星用功率器件的抗单粒子效应能力达到技术指标要求。

高压VDMOS电容的研究

本文主要研究了VDMOS电容的组成,详细分析了Ciss、Coss和Crss这3个VDMOS电容参数的定义和各自对应的特性,并从模拟上着重分析了沟道长度和栅氧厚度对电容的影响.文中提出一种反馈电容较低的VDMOS新单元结构,在相同的尺寸条件下,新结构单元Qg*Rdson的优值较之传统型设计显著下降.

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。