功率MOSFET导通电阻的仿真研究
发布时间：2020-12-08 17:11
功率MOSFET因其输入阻抗高、开关速度快的特点,在功率半导体器件领域占据重要地位,应用范围不断扩大。但是,作为单极型器件的功率MOSFET,其关键问题是较大的导通电阻使其通态功耗增加,影响系统的转换效率。对于低压小功率MOSFET,主要是尽可能减小器件尺寸,使其具备低通态压降、大电流的特点。对于高压大功率MOSFET,主要是解决导通电阻随耐压升高而迅速增大的问题。因此,为了降低导通电阻,不同耐压等级的功率MOSFET应选用不同的结构。本文针对不同耐压等级下,不同结构的功率MOSFET的导通电阻进行仿真研究,给出不同耐压等级下,不同结构的优化参数,并对不同结构的导通电阻进行比较分析。电压等级分为低（200V）、中（600V）、高（1200V）三个等级,结构以VDMOSFET、UMOSFET和SJMOSFET为代表。具体研究内容如下:（1）以特征导通电阻为研究目标,对不同阻断电压的VDMOSFET的漂移区的掺杂浓度、厚度以及栅极宽度进行优化。低阻断电压（200V）VDMOSFET最小特征导通电阻是0.027Ω·cm-2,所对应的优化参数为:掺杂浓度1.2×1015cm-3,厚度26μm,...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
功率半导体器件的应用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice
沈阳工业大学硕士学位论文2对于中等功率型器件一般在电气传动、新能源汽车[11]上得到广泛使用；而大功率或者超大功率型器件在高压直流输电（HVDC）、核工业、军工等领域占据非常重要的地位[12]。图1.1功率半导体器件的应用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice如图1.2所示，功率半导体器件主要集中在欧美日三个国家，主要是因为这几个国家具备领先的技术和先进的制造水平。而目前，国际上针对功率中高压MOSFET和高压IGBT的供应有几个主要的生产商，像ABB公司已经研发了6500V/750A、3300V/1500A、1700V/3600A系列的焊接型IGBT[13]，对于高压的IGBT东芝公司已开发出6.5KV的IGBT[14]；中国台湾主要是代工；而中国大陆半导体制造行业仅仅在某些单项技术领域上获得了成就，例如二极管、低压MOS、晶闸管等，尚未达到全产业链的运营模式。图1.22017年全球功率半导体器件主要产地市场Fig.1.2Themainproducingmarketsofglobalpowersemiconductordevicesin2017
，导致导通电阻增加，占用芯片面积较大，并且功率容量有限[15]，所以LDMOS只能在功率集成电路中得到应用。为了改善MOSFET的导通能力，上世纪八十年代发展出了纵向功率MOSFET，其中包括：VMOSFET（VerticalV-grooveMOSFET）、VDMOSFET（VerticalDoubleDiffusedMOSFET）、UMOSFET（TrenchGateMOSFET）。在VMOSFET结构中，栅极是V型沟槽，导电沟道在V型槽的斜面，即沟道在体内，这使芯片面积利用率提高，但同时存在一些问题，例如由于V型槽底部是尖端，导致电场强度在尖端部分很大，从而击穿电压减校P+N-PN+P+源栅漏图1.3LDMOSFET结构图Fig.1.3StructureofLDMOSFET纵向双扩散MOSFET（VDMOSFET）是在1979年由H.W.Collins等人提出的[16]。利用扩散工艺，形成P基区和N+源区，并将这两次横向扩散的结深差值定义为沟道长度。VDMOSFET主要存在的问题是：第一，由于沟道位于表面，导致元胞的尺寸变大，使得元胞的数目减校第二，由于引入了结行场效应晶体管（JFET）区，且其电阻RJ在栅极
【参考文献】：
期刊论文
[1]500 V高压平面功率VDMOS场效应晶体管结构参数优化[J]. 李媛,周涛,焦书豪. 渤海大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]第3代半导体材料在5G通讯领域的发展与机遇[J]. 陈秀芳,杨祥龙,徐现刚,杨学林,魏同波,刘建利. 新材料产业. 2018(01)
[3]CoolMOS在中小功率开关电源中的EMI设计[J]. 梁晓军. 中国电子商情(基础电子). 2017(11)
[4]非对称超结场效应晶体管设计和仿真[J]. 张广银,沈千行,喻巧群,卢烁今,朱阳军. 微电子学与计算机. 2017(07)
[5]从功率半导体器件发展看电力电子技术未来[J]. 胡强,王思亮,张世勇. 东方电气评论. 2015(03)
[6]IGBT技术现状及发展趋势[J]. 赵承贤,杨虎刚,余晋杉,邓涛,郑金灿. 技术与市场. 2015(04)
[7]一种900V超结VDMOSFET器件的设计与仿真[J]. 杨永念. 电子与封装. 2015(03)
[8]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[9]高压超结VDMOS结构设计[J]. 杨法明,杨发顺,丁召,傅兴华,邓朝勇. 固体电子学研究与进展. 2012(03)
[10]功率MOSFET的研究与进展[J]. 褚华斌,钟小刚,吴志伟,戴鼎足,苏祥有. 半导体技术. 2011(05)
博士论文
[1]新型功率半导体器件的研究及其终端耐压层的利用[D]. 吕信江.电子科技大学 2014
[2]超结器件的模型研究及优化设计[D]. 黄海猛.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]60V功率UMOSFET特性研究及优化[D]. 赵争夕.西南交通大学 2018
[2]超高压4H-SiC GTO晶闸管的结构优化设计[D]. 刘青.西安理工大学 2017
[3]功率VDMOS设计与优化方法的研究[D]. 任向兵.北方工业大学 2016
[4]高压功率MOSFET元胞结构的研究与优化[D]. 刘铭.西南交通大学 2016
[5]MOS控制的晶闸管（MCT）的仿真与研究[D]. 熊威.电子科技大学 2016
[6]600V高压VDMOS器件导通电阻仿真优化设计[D]. 王泗禹.电子科技大学 2010
本文编号：2905392
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
功率半导体器件的应用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice
沈阳工业大学硕士学位论文2对于中等功率型器件一般在电气传动、新能源汽车[11]上得到广泛使用；而大功率或者超大功率型器件在高压直流输电（HVDC）、核工业、军工等领域占据非常重要的地位[12]。图1.1功率半导体器件的应用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice如图1.2所示，功率半导体器件主要集中在欧美日三个国家，主要是因为这几个国家具备领先的技术和先进的制造水平。而目前，国际上针对功率中高压MOSFET和高压IGBT的供应有几个主要的生产商，像ABB公司已经研发了6500V/750A、3300V/1500A、1700V/3600A系列的焊接型IGBT[13]，对于高压的IGBT东芝公司已开发出6.5KV的IGBT[14]；中国台湾主要是代工；而中国大陆半导体制造行业仅仅在某些单项技术领域上获得了成就，例如二极管、低压MOS、晶闸管等，尚未达到全产业链的运营模式。图1.22017年全球功率半导体器件主要产地市场Fig.1.2Themainproducingmarketsofglobalpowersemiconductordevicesin2017
，导致导通电阻增加，占用芯片面积较大，并且功率容量有限[15]，所以LDMOS只能在功率集成电路中得到应用。为了改善MOSFET的导通能力，上世纪八十年代发展出了纵向功率MOSFET，其中包括：VMOSFET（VerticalV-grooveMOSFET）、VDMOSFET（VerticalDoubleDiffusedMOSFET）、UMOSFET（TrenchGateMOSFET）。在VMOSFET结构中，栅极是V型沟槽，导电沟道在V型槽的斜面，即沟道在体内，这使芯片面积利用率提高，但同时存在一些问题，例如由于V型槽底部是尖端，导致电场强度在尖端部分很大，从而击穿电压减校P+N-PN+P+源栅漏图1.3LDMOSFET结构图Fig.1.3StructureofLDMOSFET纵向双扩散MOSFET（VDMOSFET）是在1979年由H.W.Collins等人提出的[16]。利用扩散工艺，形成P基区和N+源区，并将这两次横向扩散的结深差值定义为沟道长度。VDMOSFET主要存在的问题是：第一，由于沟道位于表面，导致元胞的尺寸变大，使得元胞的数目减校第二，由于引入了结行场效应晶体管（JFET）区，且其电阻RJ在栅极
【参考文献】：
期刊论文
[1]500 V高压平面功率VDMOS场效应晶体管结构参数优化[J]. 李媛,周涛,焦书豪. 渤海大学学报(自然科学版). 2018(03)
[2]第3代半导体材料在5G通讯领域的发展与机遇[J]. 陈秀芳,杨祥龙,徐现刚,杨学林,魏同波,刘建利. 新材料产业. 2018(01)
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[4]非对称超结场效应晶体管设计和仿真[J]. 张广银,沈千行,喻巧群,卢烁今,朱阳军. 微电子学与计算机. 2017(07)
[5]从功率半导体器件发展看电力电子技术未来[J]. 胡强,王思亮,张世勇. 东方电气评论. 2015(03)
[6]IGBT技术现状及发展趋势[J]. 赵承贤,杨虎刚,余晋杉,邓涛,郑金灿. 技术与市场. 2015(04)
[7]一种900V超结VDMOSFET器件的设计与仿真[J]. 杨永念. 电子与封装. 2015(03)
[8]功率半导体器件与功率集成技术的发展现状及展望[J]. 孙伟锋,张波,肖胜安,苏巍,成建兵. 中国科学:信息科学. 2012(12)
[9]高压超结VDMOS结构设计[J]. 杨法明,杨发顺,丁召,傅兴华,邓朝勇. 固体电子学研究与进展. 2012(03)
[10]功率MOSFET的研究与进展[J]. 褚华斌,钟小刚,吴志伟,戴鼎足,苏祥有. 半导体技术. 2011(05)
博士论文
[1]新型功率半导体器件的研究及其终端耐压层的利用[D]. 吕信江.电子科技大学 2014
[2]超结器件的模型研究及优化设计[D]. 黄海猛.电子科技大学 2013
硕士论文
[1]60V功率UMOSFET特性研究及优化[D]. 赵争夕.西南交通大学 2018
[2]超高压4H-SiC GTO晶闸管的结构优化设计[D]. 刘青.西安理工大学 2017
[3]功率VDMOS设计与优化方法的研究[D]. 任向兵.北方工业大学 2016
[4]高压功率MOSFET元胞结构的研究与优化[D]. 刘铭.西南交通大学 2016
[5]MOS控制的晶闸管（MCT）的仿真与研究[D]. 熊威.电子科技大学 2016
[6]600V高压VDMOS器件导通电阻仿真优化设计[D]. 王泗禹.电子科技大学 2010
本文编号：2905392
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