550V厚膜SOI-LIGBT热载流子退化机理及寿命模型研究

发布时间：2017-08-14 08:40

  本文关键词：550V厚膜SOI-LIGBT热载流子退化机理及寿命模型研究

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【摘要】：厚膜绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管(Silicon On Insulator-Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor,SOI-LIGBT)具有耐压高、输出能力强和易于集成等优点,是理想的功率半导体输出器件,在功率集成电路领域得到了广泛的应用。然而,厚膜SOI-LIGBT器件长期工作在高压和大电流条件下,器件内部存在严重的热载流子注入(Hot Carrier Injection, HCI)效应,使得器件电学性能会随时间逐渐退化,进而影响器件及芯片的寿命。因此,厚膜SOI-LIGBT器件的HCI退化机理研究及寿命模型建立对器件可靠性优化和寿命评估具有重要意义。本文首先确定了550V厚膜SOI-LIGBT器件HCI退化的最坏栅压应力为15V,并揭示了最坏应力下器件HCI退化机理为沟道区的界面态产生与热电子注入。然后,研究了阳极电压Vac应力对器件HCI退化的影响,研究表明,在低Vac应力时,沟道区电场会随Vac的增大而增大,导致器件HCI退化不断增加；而在高Vac应力时,受栅极场板和阴极金属场板电场屏蔽作用及Kirk效应影响,器件HCI退化与Vac无关。论文还研究了结构参数对器件HCI退化的影响,结果表明,增加沟道长度、积累区长度及N-buffer长度,可以降低器件HCI退化。最后,基于退化机理研究,提出了两种高HCI可靠性新结构：阳极N+/P+间隔结构与沟道电场屏蔽结构,实验验证这两种结构均可提高器件HCI可靠性。此外,本文还基于退化机理进一步建立了厚膜SOI-LIGBT器件饱和电流和阈值电压的退化寿命模型,验证结果显示该模型误差小于7%,从而为厚膜SOI-LIGBT器件的可靠性优化和寿命评估提供了理论指导。
【关键词】：厚膜SOI-LIGBT 可靠性 热载流子效应 结构参数 寿命模型
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN322.8
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 厚膜SOI-LIGBT器件概述9-13
• 1.1.1 厚膜SOI技术的特点和优势9-11
• 1.1.2 厚膜SOI-LIGBT器件的发展11-13
• 1.2 厚膜SOI-LIGBT器件热载流子效应及研究现状13-15
• 1.3 SOI-LIGBT器件热载流子退化表征分析方法15-19
• 1.4 本文研究目标及组织结构19-21
• 第二章 550V厚膜SOI-LIGBT器件最坏应力及热载流子退化机理研究21-37
• 2.1 550V厚膜SOI-LIGBT器件基本特性21-23
• 2.1.1 550V厚膜SOI-LIGBT器件结构和原理21-22
• 2.1.2 550V厚膜SOI-LIGBT器件关断特性22-23
• 2.2 550V厚膜SOI-LIGBT器件最坏应力条件研究23-27
• 2.3 550V厚膜SOI-LIGBT器件最坏应力条件下的热载流子退化机理27-31
• 2.4 阳极电压对550V厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化的影响31-35
• 2.5 本章小结35-37
• 第三章 结构参数对550V厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化影响研究37-53
• 3.1 沟道长度对厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化的影响37-39
• 3.2 积累区长度对厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化的影响39-41
• 3.3 N-buffer长度对厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化的影响41-45
• 3.4 高热载流子可靠性厚膜SOI-LIGBT器件新结构研究45-52
• 3.4.1 降低关断时间新结构的热载流子退化研究45-49
• 3.4.2 沟道电场屏蔽结构的热载流子退化研究49-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第四章 550V厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化寿命模型研究53-65
• 4.1 厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化寿命建模方案53-55
• 4.2 厚膜SOI-LIGBT器件热载流子退化寿命模型建立55-62
• 4.2.1 厚膜SOI-LIGBT器件开态应力阶段热载流子退化寿命模型建立55-56
• 4.2.2 厚膜SOI-LIGBT器件关态应力阶段热载流子退化寿命模型建立56-59
• 4.2.3 厚膜SOI-LIGBT器件开关转换阶段热载流子退化寿命模型建立59-62
• 4.3 厚膜SOI-LIGBT器件寿命模型参数提取及验证62-64
• 4.3.1 饱和电流寿命模型参数的提取及模型的验证62-63
• 4.3.2 阈值电压寿命模型参数的提取及模型的验证63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-69
• 5.1 总结65-67
• 5.2 展望67-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 硕士期间取得成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 张艺;张春伟;刘斯扬;周雷雷;孙伟锋;;功率LIGBT热载流子退化机理及环境温度影响[J];东南大学学报(自然科学版);2016年02期

2 徐申;张春伟;刘斯扬;王永平;孙伟锋;;动态应力下功率n-LDMOS器件热载流子退化恢复效应[J];东南大学学报(自然科学版);2013年04期

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本文编号：671777