HKMOS器件界面电荷的影响分析和优化补偿

摘要

功率VDMOS器件现在被广泛的应用，其最主要性能参数击穿电压(BV)和比导通电阻(Ron,sp)是我们关注的重点。常规的功率VDMOS器件受到硅极限的限制，在大电流高电压的工作环境中表现的不是很理想。虽然带有高K绝缘介质的HK结构VDMOS器件可以打破硅极限，并且不像超结结构那样受到电荷平衡的影响，但在异质界面处存在界面电荷，影响器件的性能。　　本文首先研究界面电荷对HKMOS器件所造成的影响并对其进行建模分析。通过窗口叠加原理对不同分布情况下的界面电荷建模，分析界面电荷对器件电场、电势、击穿电压和比导通电阻造成的具体影响。界面电荷的电性不同，对器件的比导通电阻会有不同的影响，界面负电荷的存在会与漂移区产生耗尽作用，增大比导通电阻。本文的比导通电阻模型考虑了耗尽层宽度和界面电荷对器件的影响，使模型更加精准。分析了界面电荷对器件的击穿电压和比导通电阻关系的影响。通过Medici仿真验证界面电荷的模型，模型和仿真结果高度吻合。对界面电荷在不同参数下进行具体的分析和验证。　　最后，文中提出一种带电荷补偿区的HKMOS器件结构—C-HKMOS器件。C-HKMOS器件通过改变电荷补偿区的电荷量来优化补偿界面电荷所带来的问题。通过电荷叠加原理和电通守恒原理，将C-HKMOS器件分成无补偿的HKMOS的部分和额外补偿区电荷影响部分进行分析。C-HKMOS器件对不同界面电荷电性采取不同的补偿措施，添加最优的额外补偿电荷使器件性能达到最优。从电通量角度分析了额外补偿电荷对界面电荷的补偿原理，电通量为零时达到最优补偿。分析了不同额外补偿电荷浓度和电荷补偿区宽度对器件的比导通电阻和击穿电压的影响，优化电荷补偿区宽度，使C-HKMOS器件的比导通电阻和击穿电压的折中关系达到最佳。C-HKMOS器件极大的优化了界面电荷所带来的的问题，器件的性能大幅度的提高。补偿后的C-HKMOS器件比无补偿的HKMOS器件的比导通电阻降低了46.1%。

目录

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 纵向功率MOS 器件简介

1.3 功率器件的耐压特性

1.4 论文工作安排

第二章 SJ 耐压层和高K介质耐压层的对比研究

2.1 SJ 耐压层结构

2.2 高K 介质耐压层

2.2.1高K介质耐压层原理分析

2.2.2击穿电压BV和比导通电阻Ron,sp

2.3 SJ 结构和HK 结构对比

2.4 本章小结

第三章 界面电荷的存在对HKMOS 器件的影响分析

3.1 界面电荷的模型推导

3.2界面电荷对电通量和电场的影响

3.3界面电荷对导通电阻和击穿电压的影响

3.4 本章小结

第四章 新型C-HKMOS器件的研究

4.1 C-HKMOS 器件结构

4.2 C-HKMOS 的电通量和电场的分析和优化

4.2.1 C-HKMOS 器件的电通量分析和额外补偿电荷的优化

4.2.2 C-HKMOS 器件的电场的分析和优化

4.3 C-HKMOS 的比导通电阻和击穿电压的关系

4.3.1 C-HKMOS 器件比导通电阻

4.3.2 C-HKMOS 器件击穿电压

4.3.3 C-HKMOS 器件击穿电压和比导通电阻的优化

4.5 本章小结

总结与展望

致 谢

参考文献