200V功率SOI-PLDMOS器件热载流子退化机理研究

摘要

绝缘体上硅P型横向双扩散晶体管(SOI-PLDMOS)具有全介质隔离、寄生效应小、击穿电压高、导通电阻低及与标准CMOS工艺兼容等特点，已经被广泛应用于功率集成电路中。然而，SOI-PLDMOS器件通常工作在强电场、大电流等恶劣环境下，其热载流子可靠性问题十分严重。因此，迫切需要对SOI-PLDMOS器件热载流子退化的内在机理展开深入研究。
　　本文首先重点研究了最大衬底电流（Isubmax）应力条件下SOI-PLDMOS器件热载流子的退化机理，研究结果表明，热电子注入栅极金属场板末端的氧化层以及界面态产生为主要热载流子退化机理，表现为器件饱和电流（Idsat）先增大后减小的趋势。同时，研究发现适当增加沟道长度、漂移区长度、栅极金属场板长度均有利于减小器件的热载流子退化。其次本文还详细研究了器件处于动态应力条件下的热载流子退化机理。研究结果表明，在高电平应力阶段，低栅压时，栅压越大，栅极金属场板末端的热电子注入量越小，Idsat增加量越小;而高栅压时，Idsat受沟道区热空穴注入的影响呈现随应力时间不断减小的趋势。在零电平应力阶段，主要退化机理为热电子注入栅极金属场板末端的氧化层机制，表现为Idsat不断增大的趋势。在栅脉冲上升下降沿阶段，器件的热载流子退化机理与脉冲下降沿的变化率有关:当脉冲下降沿的变化率很大时，栅脉冲上升下降沿阶段存在“瞬态效应”，其主要的热载流子退化机理表现为界面态的生成机制，造成器件的Idsat的增加量减小。
　　本文建立了一套完整的SOI-PLDMOS器件的热载流子退化机理理论，研究方法和研究结果可为提高功率SOI-PLDMOS器件热载流子可靠性提供一定的理论指导。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 功率SOI-PLDMOS器件简述

1．2 热载流子效应及国内外研究现状

1．3 SOI-PLDMOS器件热载流子效应研究的挑战和意义

1．4 本文的主要工作和论文组织

第二章 SOI-PLDMOS器件特性及热载流子效应研究方法

2．1 SOI-PLDMOS器件的结构与性能

2．2 热载流子效应测试方法

2．3 SOI-PLDMOS器件的热载流子效应测试方法

2．3 本章小结

第三章 直流应力条件下SOI-PLDMOS器件的热载流子效应研究

3．1 SOI基热载流子效应分析

3．2 Isubmax应力条件下SOI-PLDMOS器件的热载流子退化机理

3．3 不同参数对SOI-PLDMOS器件的热载流子退化的影响

3．4 本章小结

第四章 动态应力条件下SOI-PLDMOS器件的热载流子效应研究

4．1 动态应力波形

4．2 高电平应力阶段200V功率SOI-PLAMOS器件热载流子退化机理

4．3 零电平应力阶段SOI-PLDMOS器件的热载流子退化机理研究

4．4 瞬态应力阶段SOI-PLDMOS器件的热载流子退化机理研究

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得成果