一种用于LED驱动的横向恒流器件设计

摘要

LED发光效率高、安全环保、使用寿命长，在提倡低碳的今天受到广泛关注，LED驱动作为照明的关键也得到了长足的进步，不同的照明需要使得各种功能的驱动日渐成熟。在一些需要简单、长时间照明的场所，如厂房、办公室、家庭等等，成本较高的集成电路解决方案不利于控制成本，而采用整流器件的驱动方式仅需要将市电全桥整流，再通过恒流器件限流即可直接驱动LED灯具，成本十分低廉。本文主要的研究任务就是设计一款具有低成本高可靠性的整流二极管（CRD，Current Regulator Diode）。
　　本文设计的CRD器件主要分为低沟道掺杂和高沟道掺杂两种结构。通过大量的仿真，对器件的栅长度、阱注入、漂移区长度等关键参数进行了优化，以提高器件的饱和压降、电流饱和度以及耐压。其中低沟道掺杂器件的栅极采用 P+注入不推结的方式以实现更高的浓度与更小的结深，阱采用低浓度注入用于减小器件的饱和压降，栅极添加了场板提高器件的电流饱和特性。在高沟道掺杂的器件设计中采用了double RESURF技术保证器件的耐压，并采用更长的栅来减小沟道长度调制效应对器件电流特性的影响。
　　在版图设计上，通过仿真确保了终端部分的耐压以及寄生结构不会影响到器件的正常工作。在可靠性方面，采用了双层金属、增大接触孔面积的方式增加器件的导电面积，以减小电徙动对器件的影响。通过双层金属布线，设计了导热面积更大的封装方式，使器件表面的散热更好，减小芯片发热引起器件失效的几率。
　　最终通过实验获得了单层金属结构的CRD器件，其耐压高于150 V，饱和压降小于4 V，器件具有20 mA，30 mA，60 mA等不同的电流等级，可以适用不同的应用场合，并使用30 mA的CRD器件对LED进行了点亮验证。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外发展动态和研究现状

第二章 CRD基本结构与原理

2.1 CRD的基本结构

2.2 器件耐压机理

2.3 CRD器件的失效

2.4 本章小结

第三章 CRD器件仿真设计

3.1 低沟道掺杂器件设计

3.2 高沟道掺杂器件设计

3.3 带有负反馈结构的器件设计

3.4 器件的可靠性设计

3.5 本章小结

第四章 版图设计及实验结果

4.1 工艺流程

4.2 版图设计

4.3 流片结果

4.4 本章小结

第五章 结 论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果