600V超结VDMOS器件的设计

摘要

超结是一种以PNPN相互交替的结构，通过半导体P型区域与N型区域之间的相互耗尽从而形成类本征半导体结构，承担高的耐压。超结(SJ)结构的出现打破了常规器件中漂移区的比导通电阻与耐压间的2.5次方的关系，从而在高压应用的情况下，大大降低器件的导通电阻，提高了高压功率器件的转化效率。
　　本研究主要内容包括：⑴由PN层结构的超结元胞入手，对其各处电场及元胞的比导通电阻和关断时的耐压情况进行了理论分析、公式推导及仿真验证；紧接着分析了圆柱形元胞的各处电场及耐压与比导通电阻的关系并进行了仿真验证。⑵对六角型超结元胞进行了Medici仿真并探讨了各个参数对器件耐压和比导通电阻的影响。研究发现随着浓度的增大器件的耐压提高，但器件的比导通电阻也大大增加；元胞的最大击穿电压位置出现在PN区域各约占一半时；比导通电阻随着内区域半径的增大而增大；最大耐压位置并非在电荷完全平衡时取得，而是相对完全平衡时略有偏差。本文首先对P环绕N结构和N环绕P结构两种类型的元胞进行了选择；继而仿真优化出耐压高达716V比导仅有0.145Ω·mm2的超结器件结构；然后对此结构进行了浓度容差为10％的分析和优化，设计出耐压最高741V，比导2~2.6Ω·mm2之间的稳定元胞结构。⑶提出了一种具有 JTE的变间距超结终端结构，该结构很好的解决了超结器件由于边缘电荷非平衡引起的击穿问题，同时有效的减少了终端表面对耐压的影响，使其击穿主要发生在元胞区域。接着对该结构仿真优化，优化后的终端耐压高达722V，终端宽度仅有70μm，顺利完成各项设计要求。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 超结VDMOS器件的研究意义

1.2 超结VDMOS器件的研究和发展

1.3 本文主要工作

第二章 超结VDMOS器件研究的理论基础

2.1 超结理论

2.2 VDMOS器件

2.3超结VDMOS器件

2.4 终端技术

2.5 本章小结

第三章 器件元胞模型的建立及元胞选定

3.1 PN层状叠加结构

3.2 圆柱PN结结构

3.3 元胞的选择

3.4 本章小结

第四章 600V超结VDMOS器件元胞的仿真

4.1 两种元胞结构比较

4.2 超结元胞内区域半径的影响

4.3 超结区域掺杂容差的影响

4.4 本章小结

第五章 600V超结器件终端的设计与仿真

5.1 超结终端结构

5.2 超结终端仿真

5.3 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果