600V高压LDMOS器件热载流子退化机理及寿命模型研究

发布时间：2020-06-09 13:56

【摘要】：横向双扩散金属氧化物半导体晶体管(Lateral Double Diffused Metal Oxide Transistor,LDMOS),因其较高的击穿电压、较低的导通电且易与标准CMOS工艺兼容等优点,已经在功率集成电路中得到了广泛的应用。由于功率LDMOS通常工作在大电流、高功率密度、强电场及高频率等恶劣环境中,其热载流子(Hot Carrier,HC)可靠性问题尤为突出。尤其是本文研究的用于半桥驱动芯片的600V高压LDMOS,工作条件更加苛刻,面临HC可靠性问题异常严峻。因此,600V高压LDMOS器件的HC退化机理及寿命模型展开深入的理论研究意义重大。本文通过TCAD仿真和I-V特性测试结合的方法研究了600V高压LDMOS的热载流子退化机理。研究结果表明:低V_(gs)高V_(ds)下的退化机理主要是栅极场板末端热空穴的注入及界面态的产生,导致导通电阻R_(on)呈现先减小后增大的退化趋势。对于高V_(gs)高V_(ds),由于600V高压LDMOS器件直流安全工作区很窄,所以采用栅脉冲占空比加速应力的方法对其展开研究。结果表明:高栅压应力下的退化机理主要为漏端附近表面大量施主界面态的产生以及热电子的注入。此外,还研究了栅脉冲占空比、上升下降时间、脉冲频率、温度以及器件结构参数等对高栅压应力下600V高压LDMOS热载流子退化机理的影响,研究发现脉冲上升下降沿存在特殊退化机理,一方面加剧漏端施主界面态的产生,另一方面在鸟嘴处注入大量热空穴,进一步促进R_(on)的减小。最后,本文基于600V高压LDMOS器件的HC退化机理建立了R_(on)寿命预测模型,并通过实验对模型中待定参数进行了提取和验证。验证结果显示,所建立的热载流子寿命模型精度达到94%,能够较好的预测600V高压LDMOS器件R_(on)的退化趋势。
【图文】：

电势分布,漏极电流,实测结果,漏极

结处电场峰值急剧增加，，器件中的漏电流也开始陡增并且很快达到雪崩击穿。图 2-3 为关态条件下600V 高压 LDMOS 漏极施加 600V 电压条件时器件内部电势分布仿真图。图 2-4 显示 Sentaurus 软件仿真得到器件关态击穿电压达到了750V左右，图2-5也显示通过Aligient1505测得600V高压LDMOS实测关态击穿电压也达到 750V。漏极体电极源极栅极等势线图 2-3 关态条件下漏极施加 600V 电压时器件内部电势分布情况
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN386

【参考文献】