VDMOS器件的自热效应及高温热载流子效应的研究

发布时间：2017-11-19 13:29

  本文关键词：VDMOS器件的自热效应及高温热载流子效应的研究

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【摘要】：半导体功率器件是自集成电路发展以来一直被关注的主要焦点之一。它是实现工控智能化、系统化的核心技术基础。VDMOS器件是自20世纪末发展起来的主流功率器件中最具特色的一种。它具有高耐压、高开关速度、驱动能力强、热稳定好等优点,被广泛用于汽车电子、电机驱动、开关电源等各个领域。随着VDMOS在市场占有率逐年升高,人们对该器件的性能提出了更高的要求。VDMOS功率的可靠性是时下讨论的最热门的话题之一。研究器件可靠性的目的是为了使其可通过改进优化而具有更高的稳定性。本文综述了近些年来功率器件的发展概况。在大功率器件为市场带来巨大经济的效益的同时,也造成了巨大的能源消耗和诸多可靠性隐患。在此背景下,本文对VDMOS器件高温可靠性进行了深入研究,主要内容如下：首先从VDMOS基本结构和工作原理出发,对器件的性能参数进行了剖析。该器件是采用自对准双扩散工艺下形成的导电沟道,通过合理设计P阱掺杂浓度可有效控制沟道长度。从而有利于提高器件开关速度和工作频率,同时降低了导通电阻而增强了驱动能力。另外、DMOS比普通MOS多了一个外延层的存在,是使其具有了更高耐压特性的关键。重点对阈值电压、导通电阻和击穿电压等参数逐个进行了讨论研究。并通过仿真展示了输出特性和传输特性曲线。接着本文对VDMOS管的自热效应做了深入探讨。用二维器件仿真软件Silvaco-Atlas模拟了VDMOS器件工作时产热分布,观察到高温区集中分布在沟道末端及积累层区域。仿真了器件自加热效应情形下的输出特性曲线,结果显示曲线在达到饱和点后随漏电压增大有下降趋势,而且高栅压下,这种下降趋势更为明显,通过结合理论分析自热效应对器件参数造成的影响,从而揭示了自热效应导致器件退化的本质。本文最后讨论了高温环境下VDMOS热载流子效应损伤机制,通过建立衬底电流模型,分析了衬底电流受偏置电压和温度影响的变化过程。结果表明：(1)衬底电流在偏置电压固定时,衬底电流随温度升高呈先下降后升高的变化过程。(2)在温度相同情况下,越高的偏置电压会导致产生更大衬底电流,反之亦然。结合理论确定了在温度的应力下器件内电场分布、表面势、电子电流密度等参数的退化是导致衬底电流上升的主要因素。最后通过仿真展示了阈值电压、饱和漏电流以及转移特性等电学特性的退化。
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386

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本文编号：1203721