功率UMOSFET器件及其SEB加固結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保意識的提高，高效和節(jié)能的思想已經(jīng)滲透到生活的各個方面。功率MOSFET作為目前應(yīng)用最為廣泛的功率器件，人們對其功耗要求也越來越高。另外，航天技術(shù)發(fā)展迅速，大量功率 MOSFET也被應(yīng)用于空間輻射環(huán)境中，器件的可靠性受到了來自空間高能粒子的威脅，因此對器件的抗輻射性能也提出了越來越高的要求。功率槽柵MOSFET（UMOSFET）是從VDMOSFET基礎(chǔ)上發(fā)展而來，因具有較低的導(dǎo)通電阻和較高的集成度而得到了快速發(fā)展。
　　

2、本論文以功率UMOSFET器件為研究對象，在不犧牲器件擊穿電壓的前提下，提出了三種低功耗且具有單粒子燒毀（SEB）加固能力的功率UMOSFET器件。文中利用仿真軟件Silvaco TCAD對三個新結(jié)構(gòu)進行仿真分析，具體研究內(nèi)容如下：
　　1、雙溝道分裂柵功率UMOSFET（DC SG-RSO UMOS）
　　該器件采用在漂移區(qū)中插入一個P-型摻雜阱區(qū)和重摻雜P+區(qū)，在器件正向?qū)〞r形成兩個反型溝道，降低器件的特征導(dǎo)通電阻。同

3、時，P-阱區(qū)和重摻雜P+區(qū)也給空穴提供了一條有效的泄放通路，提高了器件抗SEB性能。仿真結(jié)果表明：DC SG-RSO UMOS在不犧牲擊穿電壓的情況下，特征導(dǎo)通電阻比傳統(tǒng)SG-RSO UMOS降低了27.4％，柵漏電荷降低了46.3%以及FOM值降低了61.0%；在SEB特性方面，DC SG-RSO UMOS的燒毀閾值提高到了擊穿電壓的96.6%。
　　2、集成P柱的功率UMOSFET（SGP-RSO UMOS）
　　該器件

4、是三維結(jié)構(gòu)，在漂移區(qū)中植入一個P柱，加快漂移區(qū)的橫向耗盡，提高了漂移區(qū)的摻雜濃度。同時，空穴電流也可以從 P柱流走，提高器件的SEB閾值。仿真結(jié)果表明：三種器件在擊穿電壓近似的情況下，SGP-RSO UMOS的特征導(dǎo)通電阻分別比普通SJ-UMOS和SG-RSO UMOS減小了54.4%和38.1%。在SEB特性方面，對SGP-RSO UMOS進行了P+區(qū)擴展以及增加緩沖層的優(yōu)化設(shè)計，使優(yōu)化結(jié)構(gòu)的SEB閾值達到了擊穿電壓的83.1%，安全

5、工作區(qū)相對與具有相同緩沖層結(jié)構(gòu)的SJ-UMOS和SG-RSO UMOS提高了1.6倍。此外，文中還研究了低溫對SEB特性的影響。
　　3、集成肖特基接觸的側(cè)氧功率UMOSFET（sOB UMOS）
　　該器件是在側(cè)氧調(diào)制UMOSFET（OB UMOS）元胞中集成肖特基二極管，有效地改善了器件的反向恢復(fù)特性。同時當肖特基二極管開啟時，一部分空穴會從肖特基電極泄放，提高器件的SEB性能。仿真結(jié)果表明：sOB UMOS在保證擊穿電