1500V N沟VDMOS器件

摘要

功率MOSFET器件作为电力电子器件的重要一员，因其具有开关速度快、输入阻抗高、电流负温度系数、驱动功率低等优点，被广泛应用于开关电源、马达驱动、节能灯、汽车电子、整流器等应用中，因而在电力电子系统中占有举足轻重的作用。
　　随着商用VDMOS的日趋成熟，对于高压VDMOS而言，器件耐压越高，产品要求的外延片电阻率增加、外延厚度增加，相较于低压器件相同电阻条件下要求的面积越大，成本越高，因而减小特征导通电阻有利于提高其市场竞争力。现阶段国内的高压VDMOS器件主要依靠国外进口，国内的高压VDMOS产品几乎还没有，设计出基于国内工艺线的高压器件刻不容缓，自主研发并制作基于国内工艺线的高压VDMOS器件具有重大意义。
　　本论文在与国内某生产线合作的基础上，首先进行元胞及终端结构的设计、仿真及优化，然后进行版图的设计及绘制，最终在合作工艺线上流片，其最终目标在于制作一款BVDSS>1500V、ID=4A、RDS(on)<7Ω、trr<510 ns的N沟VDMOS器件。
　　本论文首先概述了VDMOS的主要优点及工作原理，并对VDMOS的主要静态、动态参数及终端理论进行了分析。在合作方提供的基本工艺的基础上，设计出适用于1500V的高压工艺流程。基于此工艺，采用工艺仿真软件 TSUPREM4和二维器件仿真软件 MEDICI开展元胞、终端结构的设计及优化。最终，器件仿真耐压达到1705V、阈值电压4V。比导通电阻84Ω·cm2。最后根据工艺线的实际机台能力，结合电阻要求设计并绘制版图。制版完成后交由流片方按照工艺条件进行流片，流片后对合格样管进行了封装测试。第二次流片样管测试结果：击穿电压1605V、导通电阻5.75Ω、阈值电压4.5V、上升时间tr=11.4ns、下降时间tf=28ns、反馈电容Crss=12pf，反向恢复时间trr=270 ns。最终样管测试全参数满足要求，某些参数甚至优于指标。
　　本论文成功的设计并研制出了符合设计要求的1500V N沟VDMOS器件。本产品的成功研制，使得国内拥有了自助研制高压 VDMOS的平台，打破了商用高压VDMOS被国外垄断的现状，对国内商用高压VDMOS的发展具有重要的意义。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 VDMOS的发展

1.3 国内外现状与选题意义

1.4 本文主要工作

第二章 VDMOS 基本理论

2.1 VDMOS的主要特点

2.2 VDMOS的工作原理

2.3 VDMOS的静态特性

2.4 VDMOS的动态特性参数

2.5 终端理论

2.6 本章小结

第三章 1500V N沟VDMOS器件的设计

3.1 设计指标

3.2 器件工艺设计

3.3 器件元胞设计

3.4 器件终端设计

3.5 版图设计及绘制

3.6 本章小结

第四章 1500V N沟VDMOS的测试与分析

4.1 静态参数测试

4.2 动态参数测试

4.3 第二次流片测试

4.4 本章小结

第五章 总 结

致谢

参考文献

硕士研究生期间取得的成果