新型半橋功率集成電路的研究.pdf

1、微型化、智能化已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體的發(fā)展趨勢(shì)，智能功率集成電路（SPIC）正是在這種趨勢(shì)下得到了快速發(fā)展，目前SPIC已廣泛應(yīng)用于照明、工業(yè)控制、電子計(jì)算機(jī)、航空航天設(shè)備、國(guó)防電子產(chǎn)品、以及各種電子消費(fèi)品，并已成為功率半導(dǎo)體領(lǐng)域最為活躍的研究方向之一。在當(dāng)今倡導(dǎo)的節(jié)能型社會(huì)、以及電子設(shè)備小型化的發(fā)展趨勢(shì)中，智能功率集成電路的功耗、成本、體積和可靠性已成為人們最為關(guān)注的問(wèn)題。
　　本論文在探討了國(guó)內(nèi)外電力電子技術(shù)與SPIC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)

2、狀及趨勢(shì)后，針對(duì)上述提到的問(wèn)題進(jìn)行了深入研究?；陉愋清鲈菏刻岢龅摹皺M向優(yōu)化變摻雜（OPT-VLD）”理論及相關(guān)專(zhuān)利，設(shè)計(jì)了LDMOS器件及橫向高低側(cè)功率器件，提出了一種新型高壓電平位移電路，同時(shí)研究了半橋功率IC中高壓器件的隔離技術(shù)；本文的研究重點(diǎn)是無(wú)需傳統(tǒng)電平位移電路的新型半橋功率IC，以及其低壓電路與低壓電源的實(shí)現(xiàn)方法；同時(shí)為了提高橫向功率器件可靠性，本文還研究?jī)煞N多數(shù)載流子同時(shí)導(dǎo)電的橫向功率器件，并與單子器件進(jìn)行了比較。本論文在

3、高校博士點(diǎn)基金的支持下，主要完成了如下工作：
　　1．基于陳星弼院士提出的“OPT-VLD”理論及“橫向低側(cè)高壓器件及高側(cè)高壓器件”中美專(zhuān)利，設(shè)計(jì)了用于半橋功率IC的LDMOS器件及橫向高低側(cè)LDMOS器件，并進(jìn)行了流片實(shí)驗(yàn)；同時(shí)，本文還提出了一新型電平位移電路，采用有源電阻代替?zhèn)鹘y(tǒng)的多晶硅電阻，不僅減少了芯片面積，還提高了可靠性。
　　2．基于陳星弼院士的“一種半導(dǎo)體器件”的中美專(zhuān)利，研究了半橋功率IC中高低側(cè)高壓功率器件

4、及電平位移電路中高壓器件的隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了將四個(gè)高壓器件制作于相鄰的耐壓區(qū)內(nèi)，不僅減少了芯片面積，還解決了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的高壓互連問(wèn)題，在MEDICI和DAVINCI的仿真結(jié)果表明了其可行性。
　　3．提出了兩種實(shí)現(xiàn)無(wú)需傳統(tǒng)高壓電平位移電路的新型半橋功率 IC的方法。該兩種方法均是采用片內(nèi)感應(yīng)信號(hào)的思想，通過(guò)在低側(cè)n-LDMOS功率器件上集成一個(gè)高壓PMOS，通過(guò)盆電路控制PMOS的開(kāi)關(guān)而感應(yīng)到一個(gè)脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)低壓電路

5、處理后，便可用于控制低側(cè)n-LDMOS功率器件。該方法無(wú)需傳統(tǒng)的高壓電平位移電路，不僅節(jié)省了可觀(guān)的芯片面積，同時(shí)還降低了功耗以及消除了傳統(tǒng)高壓電平位移電路中的寄生效應(yīng)，從而提高了可靠性。
　　4．設(shè)計(jì)了用于新型半橋功率IC的CMOS低壓電路，主要包括脈沖信號(hào)發(fā)生器電路、死區(qū)時(shí)間控制電路；基于陳星弼院士的“低壓電源”的中美專(zhuān)利，設(shè)計(jì)了用于低壓電路的正電源及該低壓電源的穩(wěn)壓器電路；除此之外，提出了一種新型欠壓檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)了相關(guān)電路

6、；由于控制高壓PMOS的柵極需要相對(duì)于盆電位為負(fù)的電源，因此還通過(guò)電路實(shí)現(xiàn)了將正電源轉(zhuǎn)換為負(fù)電源，為PMOS柵極驅(qū)動(dòng)電路提供電源。
　　5．基于陳星弼院士“一種半導(dǎo)體橫向器件和高壓器件”的中美專(zhuān)利，研究了兩種載流子同時(shí)導(dǎo)電的LDMOS器件，而該器件為雙柵、四端器件，為了方便應(yīng)用和控制，提出了采用片內(nèi)感應(yīng)信號(hào)以控制其中一個(gè)柵極的方法，實(shí)現(xiàn)了將四端器件變?yōu)槿似骷?duì)所得到的三端np-LDMOS器件與n-LDMOS器件進(jìn)行了對(duì)比研究