SOI横向功率器件漂移区三维掺杂优化技术研究
发布时间：2021-05-24 16:33
为了提高横向功率器件的击穿性能以满足日益增长的设计需求,人们针对横向功率器件的漂移区进行了诸多优化。在这些技术中,漂移区横向变掺杂技术（Variation of Lateral Doping,VLD）是能够获得完全均匀表面电场的技术之一,且被认为是最成熟的技术。然而在实际制造过程中,横向变掺杂器件往往会面临一些实际问题。例如,由退火导致的漂移区纵向掺杂不均匀的影响以及由器件版图所带来的三维曲率效应的影响等等。这些非理想的状况会使得器件的击穿性能迅速恶化。但是由于直接对非理想情况下的器件建立模型尤为困难,因此研究者们难以研究这些器件的击穿机制并给出其优化方案。因此,本文围绕漂移区变掺杂器件的二维和三维耐压模型及其优化进行深入研究。首先,本文将一维掺杂分布耐压模型扩展到二维掺杂分布。继而,将版图三维曲率效应考虑进模型推导中,将耐压理论由二维扩展至三维耐压理论。在所建理论模型的指导下,从技术上提出一种新型的三维表面电场均匀化技术,通过优化漂移区三维杂质分布,完全消除版图形状导致的电场集中现象,从而获得最佳的器件性能。最终,在工艺方面,提出给定工艺条件下得到VLD区域掩膜版参数的新方法,并给出...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 横向功率器件耐压技术研究进展
1.1.1 漂移区横向杂质优化技术
1.1.2 漂移区纵向杂质优化技术
1.1.3 漂移区三维耐压技术
1.2 横向功率器件耐压模型研究进展
1.2.1 横向功率器件一维耐压理论
1.2.2 横向功率器件二维耐压理论
1.2.3 横向功率器件三维耐压理论
1.3 器件工艺技术研究进展
1.4 本文的主要工作
第二章 变掺杂漂移区横向功率器件二维耐压模型
2.1 任意变掺杂SOI横向功率器件势场模型
2.1.1 等效衬底电势法
2.1.2 漂移区势场分布模型
2.1.3 掺杂分布对表面电场的影响
2.2 任意变掺杂SOI横向功率器件击穿电压模型
2.2.1 漂移区全耗尽情况
2.2.2 漂移区不全耗尽情况
2.2.3 掺杂分布对击穿电压的影响
2.3 任意变掺杂SOI横向功率器件结构优化判据
2.3.1 表面电场完全均匀判据
2.3.2 表面电场非全均匀判据
2.4 本章小结
第三章 变掺杂漂移区横向功率器件三维耐压模型
3.1 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件势场模型
3.1.1 柱坐标系下三维泊松方程降维
3.1.2 漂移区势场分布模型
3.1.3 掺杂分布以及曲率半径对电场的影响
3.2 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件击穿电压模型
3.2.1 以漏为中心的结构击穿电压模型
3.2.2 以源为中心的结构击穿电压模型
3.2.3 掺杂分布对器件击穿特性的影响
3.2.4 曲率半径对器件击穿电压的影响
3.3 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件导通电阻
3.3.1 导通电阻模型
3.3.2 三维版图曲率效应对导通电阻的影响
3.3.3 三维版图曲率效应对BFOM值的影响
3.4 本章小结
第四章 三维表面电场均匀化技术
4.1 三维版图曲率效应的横向功率器件优化设计
4.1.1 以源为中心结构下的横向变掺杂技术
4.1.2 以漏为中心结构下的横向变掺杂技术
4.2 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件关态特性
4.2.1 3DVLD器件的电场分布
4.2.2 3DVLD器件的击穿电压
4.3 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件开态特性
4.3.1 3DVLD器件转移特性曲线
4.3.2 3DVLD器件输出特性曲线
4.4 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件导通电阻和BFOM值
4.4.1 3DVLD器件比导通电阻
4.4.2 3DVLD器件BFOM值
4.5 本章小结
第五章 横向变掺杂工艺设计
5.1 VLD横向功率器件工艺设计
5.1.1 掩膜版参数设计
5.1.2 以源为中心3DVLD横向功率器件工艺流程仿真
5.1.3 以漏为中心3DVLD横向功率器件工艺流程仿真
5.2 最小二乘法下VLD横向功率器件工艺设计
5.2.1 最小二乘法下的Minivld软件开发
5.2.2 利用Minivld软件的工艺设计
5.2.3 利用Minivld软件的2D/3D VLD区域工艺设计
5.3 VLD横向功率器件工艺器件联合仿真
5.3.1 2D/3DVLD横向功率器件性能
5.3.2 工艺条件对器件击穿特性影响
5.3.3 工艺条件对器件导通电阻影响
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读博士学位期间撰写的论文
附录2 攻读博士学位期间申请的专利
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analytical models of lateral power devices with arbitrary vertical doping profiles in the drift region[J]. 花婷婷,郭宇锋,于映,Gene Sheu,蹇彤,姚佳飞. Chinese Physics B. 2013(05)
本文编号：3204502
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：139 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
专用术语注释表
第一章 绪论
1.1 横向功率器件耐压技术研究进展
1.1.1 漂移区横向杂质优化技术
1.1.2 漂移区纵向杂质优化技术
1.1.3 漂移区三维耐压技术
1.2 横向功率器件耐压模型研究进展
1.2.1 横向功率器件一维耐压理论
1.2.2 横向功率器件二维耐压理论
1.2.3 横向功率器件三维耐压理论
1.3 器件工艺技术研究进展
1.4 本文的主要工作
第二章 变掺杂漂移区横向功率器件二维耐压模型
2.1 任意变掺杂SOI横向功率器件势场模型
2.1.1 等效衬底电势法
2.1.2 漂移区势场分布模型
2.1.3 掺杂分布对表面电场的影响
2.2 任意变掺杂SOI横向功率器件击穿电压模型
2.2.1 漂移区全耗尽情况
2.2.2 漂移区不全耗尽情况
2.2.3 掺杂分布对击穿电压的影响
2.3 任意变掺杂SOI横向功率器件结构优化判据
2.3.1 表面电场完全均匀判据
2.3.2 表面电场非全均匀判据
2.4 本章小结
第三章 变掺杂漂移区横向功率器件三维耐压模型
3.1 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件势场模型
3.1.1 柱坐标系下三维泊松方程降维
3.1.2 漂移区势场分布模型
3.1.3 掺杂分布以及曲率半径对电场的影响
3.2 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件击穿电压模型
3.2.1 以漏为中心的结构击穿电压模型
3.2.2 以源为中心的结构击穿电压模型
3.2.3 掺杂分布对器件击穿特性的影响
3.2.4 曲率半径对器件击穿电压的影响
3.3 柱坐标系下变掺杂SOI横向功率器件导通电阻
3.3.1 导通电阻模型
3.3.2 三维版图曲率效应对导通电阻的影响
3.3.3 三维版图曲率效应对BFOM值的影响
3.4 本章小结
第四章 三维表面电场均匀化技术
4.1 三维版图曲率效应的横向功率器件优化设计
4.1.1 以源为中心结构下的横向变掺杂技术
4.1.2 以漏为中心结构下的横向变掺杂技术
4.2 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件关态特性
4.2.1 3DVLD器件的电场分布
4.2.2 3DVLD器件的击穿电压
4.3 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件开态特性
4.3.1 3DVLD器件转移特性曲线
4.3.2 3DVLD器件输出特性曲线
4.4 考虑三维版图曲率效应的横向变掺杂器件导通电阻和BFOM值
4.4.1 3DVLD器件比导通电阻
4.4.2 3DVLD器件BFOM值
4.5 本章小结
第五章 横向变掺杂工艺设计
5.1 VLD横向功率器件工艺设计
5.1.1 掩膜版参数设计
5.1.2 以源为中心3DVLD横向功率器件工艺流程仿真
5.1.3 以漏为中心3DVLD横向功率器件工艺流程仿真
5.2 最小二乘法下VLD横向功率器件工艺设计
5.2.1 最小二乘法下的Minivld软件开发
5.2.2 利用Minivld软件的工艺设计
5.2.3 利用Minivld软件的2D/3D VLD区域工艺设计
5.3 VLD横向功率器件工艺器件联合仿真
5.3.1 2D/3DVLD横向功率器件性能
5.3.2 工艺条件对器件击穿特性影响
5.3.3 工艺条件对器件导通电阻影响
5.4 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读博士学位期间撰写的论文
附录2 攻读博士学位期间申请的专利
附录3 攻读博士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Analytical models of lateral power devices with arbitrary vertical doping profiles in the drift region[J]. 花婷婷,郭宇锋,于映,Gene Sheu,蹇彤,姚佳飞. Chinese Physics B. 2013(05)
本文编号：3204502
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/3204502.html
