行扫描驱动高压SOI横向功率器件与电路特性研究

发布时间：2017-12-21 21:16

  本文关键词：行扫描驱动高压SOI横向功率器件与电路特性研究　出处：《电子科技大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： LDMOS SOI 击穿电压 行扫描驱动电路 部分高K介质埋层

【摘要】：SOI(Silicon On Insulator,绝缘体上硅)高压集成电路具有良好的隔离性、高速度、高集成度、低功耗、抗闩锁和抗辐射等特点,广泛用于汽车电子、医疗电子、家用电器、工业控制、航空航天和照明应用等领域,SOI技术已成为先进硅集成技术的主流技术之一。行扫描驱动电路作为SOI集成技术的应用之一,常用于等离子显示驱动中。等离子显示屏是一种新型直视式图像显示器件,其具有图像效果出众、刷新速度快、寿命长、视角宽、光效及亮度高、工作温度范围宽等许多优良特性。随着其技术的广泛应用,具有自主知识产权的驱动芯片的开发意义重大。基于SOI技术的行扫描驱动电路集合了SOI技术优点,相比体硅的驱动电路更具优势,而其中的高压SOI横向功率器件和相关电路的设计至关重要。本文对高压SOI器件耐压机理进行研究,建立高压SOI器件耐压模型,基于厚膜SOI材料,研究和设计用于行扫描驱动的高压SOI器件及电路,包括高压PLDMOS(P-channel Lateral Double-diffused MOSFET)、NLDMOS(N-channel Lateral Double-diffused MOSFET),以及分频器、输入选择电路、移位寄存器和电平位移电路等相关电路。本文所采用SOI材料的顶层硅厚度为11μm、埋氧层厚度为1μm,通过器件仿真设计NLDMOS和PLDMOS,研究器件特性并开发其集成工艺,以满足驱动电路应用需求。此外,对行扫描驱动电路的各个模块进行设计分析,最终实现SOI基的等离子显示平板(Plasma Display Panel,简称PDP)高压行扫描驱动芯片。本文主要工作和创新点如下:1.建立高压SOI器件耐压模型,设计高压SOI NLDMOS和PLDMOS,并开发相应的集成工艺技术。本文建立了高压SOI器件横向和纵向耐压模型,获得器件击穿时的电场电势分布和RESUFR判据。基于模型指导,在11μm厚顶层硅、1μm厚埋氧层的SOI材料上,设计用于高压行扫描驱动电路中的薄栅氧SOI NLDMOS和厚栅氧SOI PLDMOS,研究场板、漂移区浓度等重要参数对器件关态和开态特性的影响,依此对器件进行优化设计。同时,本文开发了相应的与传统CMOS工艺相兼容的SOI高压集成工艺技术,实验结果表明设计的高压SOI NLDMOS和PLDMOS的关态耐压分别达到210 V和-240 V。2.提出一种具有部分高K介质埋层的SOI PLDMOS。此新器件结构将传统结构的部分埋氧层替换为介电常数更高的Si3N4,降低了漂移区的积累层电阻,使器件获得更低的比导通电阻,同时减弱了器件的自热效应。通过与传统结构的仿真对比,新结构保持了与传统结构相当的击穿电压,但比导通电阻降低了24%,最高温度降低了59%。3.设计一种高压行扫描驱动电路。设计的电路包括:f/6分频器(FD)模块、输入选择电路模块、6 bit移位寄存器模块、16 bit移位寄存器模块、输出信号产生电路模块和电平位移电路模块。对每个模块的原理和功能进行了分析,并仿真设计。本文设计的PDP行扫描驱动电路可实现150 V高压电源的应用,电路驱动电流达-500 m A~+350 m A,且具有良好的抗辐射特性。同时,本文还研究了一种垂直型恒流二极管,设计出一个夹断电压小于5 V,击穿电压约为250 V,电流密度约为1.5×10-5 A/μm,恒流特性良好的恒流二极管。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386

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本文编号：1317187