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SJ MOSFET特性分析与设计

作　者: 孙军
导　师: 王彩琳
学　校: 西安理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 电力半导体器件功率MOSFET 超结电荷平衡小角度注入
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

SJ MOSFET是由VDMOS结构与超结(SJ)相结合而发展起来的一种新型的功率MOSFET,被称为功率MOSFET的里程碑,有广阔的发展前景,目前在国内尚无产品开发。本文较为系统地分析了SJ MOSFET的结构、原理和特性及其制造工艺。从SJ的击穿机理和特性分析入手,利用ISE软件模拟了SJ MOSFET和Semi-SJ MOSFET的特性和关键工艺,给出了关键参数的设计方法。并提出了一种新的用氧化物填充的扩展沟槽栅SJ MOSFET结构,分析了新结构的各项特性与关键工艺。主要研究内容如下:首先,研究了SJ的击穿机理和击穿特性。结果表明,SJ的峰值电场出现在横向pn结面中部,并随柱区浓度的增加,从横向pn结面中部转移到纵向pn结面中部。在此基础上,讨论了电荷非平衡对SJ击穿电压的影响。第二,分析了SJ MOSFET的特性及其影响因素。结果表明,SJ MOSFET的特性与柱区厚度、浓度及宽度密切相关。只要p柱和n柱区能维持电荷平衡,则SJ MOSFET的耐压只与柱区厚度有关,并随柱区厚度的增加而增大。当柱区浓度的增加到某一临界值时,SJ MOSFET的耐压开始急剧下降;且减小柱区宽度有利于降低导通电阻。并提出了两种设计方案,给出了按最小导通电阻设计和最小工艺成本设计的关键参数提取方法。第三,分析了Semi-SJ MOSFET的特性及其影响因素。结果表明,随着柱区厚度与BAL层厚度的比值增大,击穿电压增大的幅度逐渐减小,BAL层对击穿电压和导通电阻的影响越小。第四,提出了一种新的用氧化物填充的扩展沟槽栅SJ MOSFET结构,对其特性进行了分析,并与传统的沟槽栅SJ MOSFET结构进行了比较。结果表明,新结构在阻断、导通和开关特性上都有明显改善。第五,根据特性设计结果,对SJ MOSFET的p基区、n~+源区和SJ进行了工艺模拟,并对新结构的工艺实现方法进行了分析,给出了用小角度注入形成n柱区的工艺条件。该研究成果对进一步研究SJ MOSFET新结构和开发SJ MOSFET器件有一定的参考价值。

SJ MOSFET特性分析与设计

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