高K介质电场调制新型VDMOS特性分析

发布时间：2020-04-04 23:01

【摘要】：垂直双扩散金属氧化物半导体(Vertical Double-Diffused Metal Oxide Semiconductor,VDMOS)器件是一种重要的功率半导体器件,因其开关功耗小,频率特性好等特点在消费电子和工业控制等领域具有非常广泛的应用。改善器件的击穿电压以及比导通电阻之间的矛盾关系,一直是国内外研究者关注的方向。超结器件的出现打破了传统硅极限的限制,在提升器件的击穿电压的同时极大的降低了器件的比导通电阻。但是在其应用过程中,器件的漂移区中N柱和P柱中的掺杂浓度需要高度一致,否则受电荷非平衡的影响会极大的降低器件的耐压性能。在此基础上,结合高K材料的新型器件,HK(High k)VDMOS器件的提出,解决了超结器件中存在的电荷非平衡的问题。本文在此基础上,结合功率器件优化过程和电场调制技术等,对HK VDMOS器件进一步的作出了优化。本文的具体所作的工作包括:(1)在HK VDMOS器件的基础上,分析其内部电场分布及纵向电场优化思想,并结合电场调制思想,提出了一种具有阶梯HK介质层的新型VDMOS器件。该结构主要是在传统的HK VDMOS器件基础上,通过对漂移区两侧的HK介质层刻蚀,淀积低介电参数的介质,进行图形化处理,形成宽度沿着垂直方向变化的新的HK介质层。相较于传统HK VDMOS器件,提高了漂移区底部的电场分布,使得击穿电压得到了一定提升。通过ISE仿真软件进行分析,在漂移区长度均为42μm,漂移区HK介质相对介电常数均为300的情况下,阶梯HK VDMOS器件相较于传统HK VDMOS器件击穿电压由631提高到了736V提高了20%左右,而比导通电阻基本没有变化。同时在达到标准击穿电压600V的要求时,HK VDMOS器件所需的HK介质相对介电常数需要达到230以上,而对于阶梯HK VDMOS器件,其HK介质相对介电常数则只需要120以上就可满足要求,对材料的介电常数的要求降低了90%。(2)建立了阶梯HK VDMOS器件的的电场和电势分布的数学模型,该模型确立了阶梯HK VDMOS器件中不同结构参数与漂移区中电场分布的关系,得到了器件的电场分布同漂移区宽度,HK介质层宽度,阶梯高度,掺杂浓度等参数之间的关系表达式,并解释了阶梯HK介质层对器件漂移区中电场调制的原理。结合解析模型和仿真软件对阶梯HK VDMOS器件进行分析研究,验证了模型的准确性,由于器件的漂移区两侧的HK介质层沿着漂移区方向厚度是变化的,使得漂移区的阶梯处电场发生变化,形成了新的电场峰,从而通过电场调制效应使得漂移区中电场分布更加均匀,提高了器件的耐压性能。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN386

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本文编号：2614177