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阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

段宝兴 李春来 马剑冲 袁嵩 杨银堂

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

段宝兴, 李春来, 马剑冲, 袁嵩, 杨银堂
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  • 为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm2超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm2比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2014CB339900, 2015CB351906)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 61234006, 61334002)资助的课题.
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    Chen X B, Wang X, Johnny K O S 2000 IEEE Trans. Electron Dev. 47 1280

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    [15] 刘红侠, 尹湘坤, 刘冰洁, 郝跃. 应变绝缘层上硅锗p型金属氧化物场效应晶体管的阈值电压解析模型. 物理学报, 2010, 59(12): 8877-8882. doi: 10.7498/aps.59.8877
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    [19] 段宝兴, 曹震, 袁小宁, 杨银堂. 具有N型缓冲层REBULF Super Junction LDMOS. 物理学报, 2014, 63(22): 227302. doi: 10.7498/aps.63.227302
    [20] 袁嵩, 段宝兴, 袁小宁, 马建冲, 李春来, 曹震, 郭海军, 杨银堂. 阶梯AlGaN外延新型Al0.25Ga0.75N/GaNHEMTs器件实验研究. 物理学报, 2015, 64(23): 237302. doi: 10.7498/aps.64.237302
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-08-20
  • 修回日期:  2014-10-20
  • 刊出日期:  2015-03-20

阶梯氧化层新型折叠硅横向双扩散功率器件

  • 1. 西安电子科技大学微电子学院, 宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室, 西安 710071
    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号: 2014CB339900, 2015CB351906)、国家自然科学基金重点项目(批准号: 61234006, 61334002)资助的课题.

摘要: 为了设计功率集成电路所需的低功耗横向功率器件, 提出了一种具有阶梯氧化层折叠硅横向双扩散金属-氧化物-半导体(step oxide folding LDMOS, SOFLDMOS)新结构. 这种结构将阶梯氧化层覆盖在具有周期分布的折叠硅表面, 利用阶梯氧化层的电场调制效应, 通过在表面电场分布中引入新的电场峰而使表面电场分布均匀, 提高了器件的耐压范围, 解决了文献提出的折叠积累型横向双扩散金属-氧化物-半导体器件击穿电压受限的问题. 通过三维仿真软件ISE分析获得, SOFLDMOS 结构打破了硅的极限关系, 充分利用了电场调制效应、多数载流子积累和硅表面导电区倍增效应, 漏极饱和电流比一般LDMOS 提高3.4倍左右, 可以在62 V左右的反向击穿电压条件下, 获得0.74 mΩ·cm2超低的比导通电阻, 远低于传统LDMOS相同击穿电压下2.0 mΩ·cm2比导通电阻, 为实现低压功率集成电路对低功耗横向功率器件的要求提供了一种可选的方案.

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参考文献 (31)

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