一款VDMOS半超结元胞结构的设计

设计了一款VDMOS器件的元胞结构,采用半超结结构模型.传统VDMOS结构的导通电阻会随着击穿电压的增长而增长,而半超结结构可以缓和两者之间的矛盾.通过调节工艺条件,经过三次外延注入生长形成P柱,并采用增大外延层浓度和改善电荷平衡的方式,来达到减小元胞结构的特征导通电阻和提高击穿电压的目的.最终实现了1 005V的耐压,特征导通电阻102.91mΩ*cm2,栅漏电容5.65pF/cm2,阈值电压3.45V的元胞结构,降低了超结结构的工艺难度,并获得较优的性能.

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。

具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

为了突破传统LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5次方关系,降低LDMOS器件的功率损耗,提高功率集成电路的功率驱动能力,提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS(semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF(three-dimensional reduced surface field)新型super junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS).这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀,将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μm;覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制,实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应,使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压;当器件开态工作时,覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累,器件比导通电阻降低.利用器件仿真软件ISE分析获得,当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时,比导通电阻为20.87 mΩ.cm^2,相同结构参数条件下,N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V,比导通电阻为31.14 mΩ.cm^2;一般SJ-LDMOS的击穿电压仅为180 V,比导通电阻为71.82 mΩ.cm^2.

非对称阳极结构的半超结功率二极管

通过将功率二极管改变为非对称阳极结构及优化超结深宽比等参数来提升器件的性能。分析了其动态特性和静态特性变化规律。结果表明深宽比由1.3增大到6.6时,反向恢复峰值电流减小10%左右;在适当调整阳极区掺杂浓度后,其反向恢复时间缩短30%,反向恢复峰值电流减小20%。在同等工艺参数下,击穿电压提升约60%。此外,动态特性和击穿电压的提升对二极管的正向导通特性几乎没有影响。

超级结电场分布仿真分析

为详细研究超级结体内独特的二维电场分布,通过Silvaco软件建立半导体超级结器件基本结构(超级结PiN),展开直观的定量仿真分析。在仿真中对漏极施加正向电压,得到电场分布图和包括电场峰值、谷值在内的多个特征点。通过连接特征点得到四类特征电场线,沿着各个特征电场线观察其电场变化,验证纵向电荷场对横向电荷场的调制作用。对传统超级结模型进行优化,添加N-缓冲层仿真出半超结P(或N)漂移区中心电场分布,并与传统结构进行对比。

含GaN/AlGaN双异质结源极和半超结的增强型垂直HFET的静态特性

GaN/AlGaN异质结垂直型场效应晶体管(HFET)可用作大功率开关等,但性能受限于击穿电压(V_(B))与比导通电阻(R_(on,sp))的折衷,值得深入研发。本文构建了一种包含GaN/Al_(x1(x2))Ga_(1-x1(x2))N双异质结源极和(n)GaN/(p_(1(2)))Al_(x3(x4))Ga_(1-x3(x4))N/(n)GaN叠层异质半超结的增强型垂直HFET,利用Silvaco TCAD软件模拟了Al组份(x_(1),x_(2),x_(3),x_(4))、(p)AlGaN柱宽度、电流阻挡层浓度对器件静态性能的影响。结果表明,双异质结源极能产生更多的二维电子气(2DEG),改变x_(1)及x_(2)能提高器件的漏极电流密度(J_(DS))并降低R_(on,sp)。调节x_(3)及x_(4)可优化器件的载流子通道,降低R_(on,sp);改善漂移区的电场分布,提升V_(B)。相较于非均匀掺杂同质全超结垂直型HFET[DOI:10.1088/1674-1056/27/4/047305],本器件的R_(on,sp)降低39.33%,功率品质因数(FOM_(BR))提升46.15%,可为设计高性能HFET提供新方案。

半超结SiGe高压快速软恢复开关二极管

将SiGe材料的优异性能与半超结结构的优势相结合,提出了一种半超结SiGe功率二极管,可适应高频化电力电子电路对功率二极管低通态压降、高击穿电压、较小的反向漏电流以及快而软的反向恢复特性的要求,显著提高器件的各种特性.