电荷平衡耐压层结构的优化设计及应用研究
发布时间：2021-02-09 10:13
全球气候变暖和能源危机对电能的高效利用提出了苛刻要求,电力电子技术是目前最先进的电能转换技术,而功率半导体器件是电力电子技术中最为核心的部件。人们一直在寻找所谓“完美的功率半导体器件”,要求驱动功耗、导通功耗、关态功耗和开关损耗都很低,现在市面上的主流器件都只能部分满足以上要求。本文所研究的电荷平衡耐压层结构是硅基功率半导体器件领域的研究热点,它能够显著地提高纵向器件、横向器件和器件结终端的性能,使器件更接近“完美”。电荷平衡原理在功率半导体器件中的应用非常广泛,包括超结结构、各种降低表面场结构和优化横向变掺杂结构等。作者通过大量的文献阅读和学习发现,电荷平衡耐压层结构在理论上还有进一步优化的空间,而且在应用中也存在一些问题,比如衬底辅助耗尽效应导致体硅超结横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管（Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor:LDMOS）的击穿电压很小,以及如何在国内现有工艺上实现前人的一些创新结构等。针对以上问题,作者在电子科技大学陈星弼院士的指导下开展了一系列研...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 电力电子系统与技术
1.2 功率半导体器件
1.3 电荷平衡原理和技术
1.4 电荷平衡耐压层的制造工艺
1.5 本文中使用的一些其他技术
1.6 本论文的主要研究工作
第二章 纵向变化掺杂超结结构的优化设计
2.1 研究背景
2.2 电场分布的近似模型及验证
2.2.1 基于电荷叠加原理的模型分解
2.2.2 电场模型的求解
2.2.3 电场模型的验证
2.3 优化结果及讨论
2.3.1 优化策略及参数
2.3.2 比导通电阻与击穿电压折衷关系的优化结果
2.4 基于工艺仿真的应用研究
2.5 本章小结
第三章 新型电荷补偿型LDMOS的研究
3.1 衬底辅助耗尽效应分析
3.2 使用深漏端扩散区和场板技术的新型电荷补偿型LDMOS
3.2.1 新型电荷补偿型LDMOS的结构介绍及原理分析
3.2.2 新型电荷补偿型LDMOS的优化设计
3.2.3 新型电荷补偿型LDMOS的优化结果
3.2.4 新型电荷补偿型LDMOS的开关特性分析
3.3 新型电荷补偿型LDMOS的制造工艺分析
3.3.1 工艺流程
3.3.2 高温推结对杂质浓度分布的影响
3.4 本章小结
第四章 800 V智能功率集成电路工艺平台的研究
4.1 研究背景
4.2 工艺流程设计
4.2.1 工艺平台结构
4.2.2 工艺流程设计
4.2.3 优化横向变掺杂结构各层剂量设计
4.2.4 掺杂分布提取
4.3 实验结果
4.3.1 高压功率器件测试结果
4.3.2 中低压CMOS器件测试结果
4.3.3 特殊器件测试结果
4.3.4 其余低压器件测试结果
4.3.5 芯片应用
4.4 本章小结
第五章 1700 V高速IGBT集成工艺平台的研究
5.1 高速IGBT简介
5.2 工艺流程设计
5.2.1 工艺难点及解决方案
5.2.2 工艺平台结构
5.2.3 工艺流程和参数设计
5.3 实验结果
5.3.1 高压IGBT器件测试结果
5.3.2 低压CMOS器件测试结果
5.4 芯片封装
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录一 VVD-SJ结构优化设计的MATLAB计算程序
附录二 800 V智能功率集成电路工艺低压CMOS器件模型参数
附录三 1700 V高速IGBT集成工艺低压CMOS器件模型参数
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]IGBT模块回流焊工艺中预翘曲铜基板的研究[J]. 周洋,徐玲,张泽峰,陈明祥,刘胜. 中国电子科学研究院学报. 2013(06)
[2]A new high-voltage level-shifting circuit for half-bridge power ICs[J]. 孔谋夫,陈星弼. Journal of Semiconductors. 2013(10)
[3]板载芯片（COB）封装技术[J]. 迈克·伍德,施端. 演艺科技. 2013(09)
[4]Novel high-voltage, high-side and low-side power devices with a single control signal[J]. 孔谋夫,陈星弼. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[5]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)
[6]Hot-carrier reliability in OPTVLD-LDMOS[J]. 程骏骥,陈星弼. 半导体学报. 2012(06)
[7]超结器件[J]. 陈星弼. 电力电子技术. 2008(12)
[8]提高器件耐压的非均匀氧化层场板技术[J]. 张波. 半导体技术. 1988(04)
[9]p-n+结有场板时表面电场分布的简单表示式[J]. 陈星弼. 电子学报. 1986(01)
博士论文
[1]智能功率集成电路中功率半导体器件的研究[D]. 程骏骥.电子科技大学 2013
[2]新型半桥功率集成电路的研究[D]. 孔谋夫.电子科技大学 2013
[3]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
[4]智能功率集成电路中部分模块的研究[D]. 胡浩.电子科技大学 2012
本文编号：3025477
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：123 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 电力电子系统与技术
1.2 功率半导体器件
1.3 电荷平衡原理和技术
1.4 电荷平衡耐压层的制造工艺
1.5 本文中使用的一些其他技术
1.6 本论文的主要研究工作
第二章 纵向变化掺杂超结结构的优化设计
2.1 研究背景
2.2 电场分布的近似模型及验证
2.2.1 基于电荷叠加原理的模型分解
2.2.2 电场模型的求解
2.2.3 电场模型的验证
2.3 优化结果及讨论
2.3.1 优化策略及参数
2.3.2 比导通电阻与击穿电压折衷关系的优化结果
2.4 基于工艺仿真的应用研究
2.5 本章小结
第三章 新型电荷补偿型LDMOS的研究
3.1 衬底辅助耗尽效应分析
3.2 使用深漏端扩散区和场板技术的新型电荷补偿型LDMOS
3.2.1 新型电荷补偿型LDMOS的结构介绍及原理分析
3.2.2 新型电荷补偿型LDMOS的优化设计
3.2.3 新型电荷补偿型LDMOS的优化结果
3.2.4 新型电荷补偿型LDMOS的开关特性分析
3.3 新型电荷补偿型LDMOS的制造工艺分析
3.3.1 工艺流程
3.3.2 高温推结对杂质浓度分布的影响
3.4 本章小结
第四章 800 V智能功率集成电路工艺平台的研究
4.1 研究背景
4.2 工艺流程设计
4.2.1 工艺平台结构
4.2.2 工艺流程设计
4.2.3 优化横向变掺杂结构各层剂量设计
4.2.4 掺杂分布提取
4.3 实验结果
4.3.1 高压功率器件测试结果
4.3.2 中低压CMOS器件测试结果
4.3.3 特殊器件测试结果
4.3.4 其余低压器件测试结果
4.3.5 芯片应用
4.4 本章小结
第五章 1700 V高速IGBT集成工艺平台的研究
5.1 高速IGBT简介
5.2 工艺流程设计
5.2.1 工艺难点及解决方案
5.2.2 工艺平台结构
5.2.3 工艺流程和参数设计
5.3 实验结果
5.3.1 高压IGBT器件测试结果
5.3.2 低压CMOS器件测试结果
5.4 芯片封装
5.5 本章小结
第六章 全文总结与展望
6.1 全文总结
6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
附录一 VVD-SJ结构优化设计的MATLAB计算程序
附录二 800 V智能功率集成电路工艺低压CMOS器件模型参数
附录三 1700 V高速IGBT集成工艺低压CMOS器件模型参数
攻读博士学位期间取得的成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]IGBT模块回流焊工艺中预翘曲铜基板的研究[J]. 周洋,徐玲,张泽峰,陈明祥,刘胜. 中国电子科学研究院学报. 2013(06)
[2]A new high-voltage level-shifting circuit for half-bridge power ICs[J]. 孔谋夫,陈星弼. Journal of Semiconductors. 2013(10)
[3]板载芯片（COB）封装技术[J]. 迈克·伍德,施端. 演艺科技. 2013(09)
[4]Novel high-voltage, high-side and low-side power devices with a single control signal[J]. 孔谋夫,陈星弼. Journal of Semiconductors. 2013(09)
[5]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)
[6]Hot-carrier reliability in OPTVLD-LDMOS[J]. 程骏骥,陈星弼. 半导体学报. 2012(06)
[7]超结器件[J]. 陈星弼. 电力电子技术. 2008(12)
[8]提高器件耐压的非均匀氧化层场板技术[J]. 张波. 半导体技术. 1988(04)
[9]p-n+结有场板时表面电场分布的简单表示式[J]. 陈星弼. 电子学报. 1986(01)
博士论文
[1]智能功率集成电路中功率半导体器件的研究[D]. 程骏骥.电子科技大学 2013
[2]新型半桥功率集成电路的研究[D]. 孔谋夫.电子科技大学 2013
[3]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
[4]智能功率集成电路中部分模块的研究[D]. 胡浩.电子科技大学 2012
本文编号：3025477
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3025477.html
