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具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

曹震 段宝兴 袁小宁 杨银堂

具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

曹震, 段宝兴, 袁小宁, 杨银堂
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  • 为了突破传统LDMOS (lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5 次方关系, 降低LDMOS器件的功率损耗, 提高功率集成电路的功率驱动能力, 提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS (semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF (three-dimensional reduced surface field)新型Super Junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS). 这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀, 将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μupm; 覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制, 实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应, 使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压; 当器件开态工作时, 覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累, 器件比导通电阻降低. 利用器件仿真软件ISE分析获得, 当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时, 比导通电阻为20.87 mΩ·cm2, 相同结构参数条件下, N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V, 比导通电阻为31.14 mΩ·cm2; 一般SJ-LDMOS 的击穿电压仅为180 V, 比导通电阻为71.82 mΩ·cm2.
      通信作者: 段宝兴, bxduan@163.com
    • 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)和陕西省科技统筹项目(批准号: DF0105142502)资助的课题.
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    Duan B X, Cao Z, Yuan X N, Yang Y T 2014 Acta Phys. Sin. 63 227302(in Chinese) [段宝兴, 曹震, 袁小宁, 杨银堂 2014 物理学报 63 227302]

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    Duan B X, Cao Z, Yuan S, Yuan X N, Yang Y T 2014 Acta Phys. Sin. 63 247301(in Chinese) [段宝兴, 曹震, 袁嵩, 袁小宁, 杨银堂 2014 物理学报 63 247301]

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-12-11
  • 修回日期:  2015-05-19
  • 刊出日期:  2015-09-20

具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

  • 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
  • 通信作者: 段宝兴, bxduan@163.com
    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)和陕西省科技统筹项目(批准号: DF0105142502)资助的课题.

摘要: 为了突破传统LDMOS (lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5 次方关系, 降低LDMOS器件的功率损耗, 提高功率集成电路的功率驱动能力, 提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS (semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF (three-dimensional reduced surface field)新型Super Junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS). 这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀, 将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μupm; 覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制, 实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应, 使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压; 当器件开态工作时, 覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累, 器件比导通电阻降低. 利用器件仿真软件ISE分析获得, 当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时, 比导通电阻为20.87 mΩ·cm2, 相同结构参数条件下, N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V, 比导通电阻为31.14 mΩ·cm2; 一般SJ-LDMOS 的击穿电压仅为180 V, 比导通电阻为71.82 mΩ·cm2.

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