新型超结高压MOS器件的研究及实现

摘要

功率MOS器件是功率电路的核心器件，以其优越的性能在很多应用领域逐渐取代了双极型晶体管。在功率电路中，功率MOS器件主要用作开关器件，然而传统MOS器件的损耗较高，严重影响系统效率和整体性能。功率MOS器件要降低通态功耗，就必须减小导通电阻。超结MOS器件作为新一代的功率MOS器件，其具有特征导通电阻低和开关快速，封装小型化和安全工作区大等等应用优势，在新一代的低功耗绿色功率系统具有广泛的应用前景，然而国内对超结MOS器件的研究还处于起步阶段。本文针对超结MOS进行了重点深入研究，从电荷平衡理论研究入手，设计并实现了超结MOS器件。
　　 本文采用理论分析、计算机辅助模拟及实验验证相结合的研究方法。首先讨论了外延电荷平衡耐压支持层的原理，超结MOS器件的结构参数与各项静态性能指标之间的互相影响趋势；分析了击穿点的变化、终端耐压结构和寄生电容，进行了优化设计，经过理论分析和模拟设计，提出了一种带缓冲环的超结MOS器件结构，在不增加工艺复杂度的前提下，提高了超结MOS器件的耐压稳定性和均一性。其次对超结MOS器件的3D结构进行了模拟分析和优化设计，分析了边角效应和版图过渡区结构对于器件性能的影响，提出了防止阈值电压漂移和提高击穿的解决方法。第三，在新型超结MOS器件的制备工艺研究过程中，提出了选择性外延生长技术以保证光刻精度在0．5μm以内。开发了全新的接触孔腐蚀工艺模块，芯片产品良率提高了10％以上。研究了钝化层工艺对器件寿命的影响，改进后的超结MOS器件芯片高温漏电减小两个量级，保证了应用可靠性。针对超结MOS器件的应用，总结了超结MOS器件在应用过程中出现的各种失效模式，并针对超结MOS器件的性能参数进行相关性分析，提出了相应的改良方案。
　　 在理论研究基础上，本文完成了超结MOS器件芯片的设计及封装、电学功能测试。测试表明所设计超结MOS器件耐压为660V，阈值电压为3V，特征导通电阻达到35mΩ*mm2。所设计芯片成功应用于大功率AC-DC开关电源系统，进一步验证了本文所提出的关键技术的准确性。

目录

文摘

英文文摘

符号、变量、缩略词等本论文专用术语的注释

第一章 绪论

1.1. 功率器件的发展概述

1.2. 超结MOS器件的发展及研究现状

1.3. 超结MOS器件性能优势及应用

1.4. 本课题的意义及主要工作

第二章 新型超结MOS器件的电荷平衡理论和击穿机理研究

2.1. 新型超结MOS器件中的电荷平衡理论

2.2. 新犁超结MOS器件结构静态参数设计与优化

2.3. 新型超结MOS器件栅电容研究

2.4. 新型超结MOS器件终端结构研究

2.5. 小结

第三章 新型超结MOS器件结构的三维特性研究

3.1. 版图结构对电荷平衡的影响

3.2. 新型超结MOS器件版图的3D模拟优化

3.3. 边角效应对超结MOS器件性能的影响

3.4. 喜爱哦结

第四章 新型超结MOS器件制备工艺研究

4.1. 新型超结MOS器件工艺流程

4.2. 新型超结MOS器件关键工艺研究

4.3. 制备工艺对器件可靠性的影响

4.4. 小结

第五章 新型超结MOS器件的系统应用及失效分析

5.1. 超结:MOS器件的应用系统

5.2. 超结MOS器件的系统级失效分析及改进措施

5.3. 超结MOS器件封装与测试

5.4. 小结

第六章 总结与展望

6.1. 总结

6.2. 展望

致谢

参考文献

博士期间取得成果