功率VDMOS器件的高温可靠性研究

摘要

功率VDMOS器件拥有高开关速度,高耐压,良好的热稳定性等一系列的优点。当前已在各类复杂工作环境下得到广泛的应用,如工业控制、电源、便携式电器、消费电子、汽车电子以及航空、航天等领域。但是,由于大功率也往往会带来较高的工作温度,导致器件的电学特性产生偏移,削弱了器件的性能和可靠性,因此,研究VDMOS器件的高温特性具有重要的现实意义。
　　本课题主要是基于实验和仿真,研究功率VDMOS器件的高温可靠性。对功率VDMOS器件在高温循环以及持续高温情况下,出现的可靠性问题进行了深入的分析,研究成果如下:
　　通过对某种小尺寸功率VDMOS器件进行高温循环实验,模拟由于温循造成的内键合点脱离而引发的栅极悬空,造成沟道电流增大的现象。进而从VDMOS器件物理结构出发,对器件的基本物理模型进行了分析研究,考虑器件内部结构,结合ISE软件建立器件结构模型,对器件进行了大量的仿真分析。通过仿真,揭示电流的形成机理,并进一步研究该现象对分析器件质量可靠性方面可能起的作用。
　　研究了在持续高温、负偏压条件(NBT)下,功率VDMOS器件的阈值电压漂移的现象。通过实验分析,利用阈值电压漂移量的大小表征负偏压高温效应的退化,进而分析实验器件阈值电压漂移的影响因素:温度应力、栅氧电场和应力作用时间。研究结果表明:负偏压高温效应的退化可以用阈值电压的漂移量表征,通过温度应力、栅氧电场和应力作用时间分别对阈值电压的漂移量的影响,给出了一个具体的模型公式,并再次实验对其准确性给予验证,并由此公式得出器件的寿命表征公式。
　　本文对研究功率VDMOS的高温可靠性相关的问题有一定的参考价值。

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第一章 绪论

1.1 功率器件可靠性的研究背景

1.2 高温微电子国内外研究现状

1.3 功率器件发展现状及课题来源

1.4 本文的主要研究工作与内容安排

第二章 功率 VDMOS 基础和仿真软件简介

2.1 功率 VDMOS 的结构及工作原理

2.2 功率 VDMOS 电特性

2.3 功率 VDMOS 主要参数

2.4 器件仿真基础和仿真软件 ISE 概述

2.5 本章小结

第三章 热循环实验及其可靠性分析

3.1 实验方案

3.2 功率 VDMOS 仿真分析

3.3 栅悬空仿真及其机理分析

3.4 栅悬空器件特性在元器件质量可靠性评估中的应用

3.5 本章小结

第四章 NBTI 实验及其可靠性分析

4.1 实验方案

4.2 NBTI 效应的退化表征和寿命评估

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

研究成果