20A/600V硅基JBS整流管的研制和一种40mA/120V垂直沟道CRD的研究

摘要

JBS肖特基整流管由于具有高击穿电压、低漏电流、低正向压降及抗浪涌电流强等优点，在移动通讯、电源及高频大功率电子电路中有着广泛的应用。恒流二极管（CRD）由于价格便宜、恒流性能优良、使用方便等优势，是构成各种电子设备的恒流源、保护电路的重要组成部分。近年来，随着发光二极管（LED）产业的飞速发展，越来越多的使用者将JBS肖特基整流管与CRD应用于LED供电线路中，使二者同时也得到快速发展，本论文对二者分别进行了相应的研究，主要开展的工作如下：
　　1、设计并成功制备了一种20A/600V硅基JBS肖特基整流管。有源区采用了蜂窝状分布结构，边缘采用了场限环、TEOS-BPSG、多晶硅和SiO2复合型终端结构，经过测试发现，在正向压降不大于1.5V的情况下，正向电流可达到20A；反向击穿电压(在反向漏电流不大于100μA情况下)可达到600V。并对其温度特性进行了研究，结果表明：随着环境温度的升高，器件的正向压降不断降低；反向击穿电压不断增高，反向泄漏电流也逐渐增大。
　　2、设计了一种40mA/120V硅基垂直沟道环形分布扩散结恒流二极管。有源区设计为P+环相间分布的形式，终端采用了场限环结构。通过Atlas数值仿真工具对恒流二极管的P+扩散区间距、扩散结深等参数进行了相应的数值模拟，并对器件的温度特性进行了研究。通过初步的工艺制备并测试发现，器件未达到预期的恒流目标。经过数值仿真及理论分析，发现造成器件性能较差的原因主要是P+扩散区结深不够及P+扩散区形貌分布不佳，使得沟道长宽比不能满足缓变沟道近似（GCA）基本原理。据此，提出了进一步改进工艺的措施，即利用扩散及离子注入形成 P+扩散区工艺，在尽量减小横向扩散的基础上得到较深的P+扩散结深，且要达到沟道长宽比大于4:1；并提出和设计了一种新的基于金属-半导体肖特基接触的沟槽纵向恒流二极管结构。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 JBS肖特基整流管的发展

1.3 恒流二极管的发展

1.4 本论文的选题意义和主要研究工作

第二章 20A/600V硅基JBS整流管的研制

2.1 JBS材料及结构参数设计

2.2 JBS版图设计

2.3 JBS肖特基整流管制备

2.4 测试与讨论

2.5 本章小结

第三章 恒流二极管基本理论

3.1 CRD基本原理

3.2 CRD温度特性

3.3 CRD特征参数

3.4 短沟道效应

3.5 本章小结

第四章 40mA/120V恒流二极管的设计

4.1 有源区设计

4.2 终端设计

4.3 版图设计

4.4 本章小结

第五章 恒流二极管模拟与优化

5.1 仿真软件

5.2 参数优化

5.3 本章小结

第六章 芯片制备及测试分析

6.1 CRD芯片制备

6.2 关键工艺

6.3 电学特性测试

6.4 电学特性分析

6.5 改进措施

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

一、总结

二、展望

参考文献

在学期间参与课题与研究成果

致谢