新型横向功率器件的研究及高K介质在耐压层中的应用

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目新型横向功率器件的研究及高K介质在耐压层中的应用学科专业微电子学与固体电子学学号201211030203作者姓名邓菁指导教师陈星弼教授分类号密级注1UDC学位论文新型横向功率器件的研究及高K介质在耐压层中的应用（题名和副题名）邓菁（作者姓名）指导教师陈星弼教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业微电子学与固体电子学提交论文日期2018.04.11论文答辩日期2018.06.03学位授予单位和日期

2、电子科技大学2018年6月答辩委员会主席龚敏评阅人ZJ8527，ZJ11072，姚若河，李泽宏，林媛注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。StudyonNovelLateralPowerDevicesandTheUtilizationofHigh-kInsulatorinTheVoltage-sustainingRegionADoctoralDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MicroelectronicsandSolid-StateElectronics

3、Author:DengJingSupervisor:Prof.ChenXingbiSchool:SchoolofElectronicScienceandEngineering独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作。及取得的研究成果据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方夕卜，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：曰期：２从？年６月３曰￥＾论文使用授权本学位论

4、文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）作者签名：冲笮导师签名：曰期：扣你年《月３曰摘要摘要电力电子技术是当今最先进的电能转换技术，它能灵活高效地将电能从一种形式转换为另一种形式，是实现人类社会可持续发展的关键科学技术之一。功率半导体器件是电力电子技术中最为基础却又极其重要的核心部件。随着电力电子技术的

5、不断发展，智能功率集成电路的概念被引入进来，也就是将高压的功率器件与低压的控制电路集成到同一芯片上，以降低成本、提升可靠性。在智能功率集成电路中，为了易于集成一般采用横向结构的功率器件，相比于分立器件中常采用的纵向结构，在具有相同耐压的条件下，横向器件的电流能力较弱，导通压降较大。为此，人们一直在致力于研究如何进一步提高横向功率器件的电流能力，而且不牺牲如耐压、动态功耗、可靠性等其他的性能。优化横向变掺杂（OPTVLD）技术是能有效优化横向功率器件的技术之一。该技术是陈星弼教授在对各种表面耐压技术进行理论分析及归纳后，计算得出了在尽可能短的横向距离内实现尽可能高耐压的最佳表面电通量分布，以

6、及提出了依靠横向变掺杂来实现这种最佳分布的方法。然而，因为所提出的方法是依靠掺杂工艺实现的，且对杂质剂量的精确度有一定要求，所以对工艺线的要求比较高。为此陈星弼教授又提出了利用高介电系数（高K）材料来实现优化横向变电通量的方法，即通过向漂移区表面引入高K介质来改变电力线的流向以实现最优电场分布。作者在陈星弼教授的指导下，主要围绕高K介质在横向功率器件耐压层中的应用开展了相关研究。本文展示了主要的研究内容，其创新性部分体现在第三至第五章，分别有：1.为进一步降低LDMOS的比导通电阻，提出了一种利用n型多晶硅二极管来在漂移区表面自动感应出电子积累层的高KLDMOS结构。当器件导通时，反偏的多

7、晶硅二极管与漂移区表面存在电位差。在该电位差的作用下，漂移区表面会感应出和多晶硅耗尽区内施主电荷等量的电子，从而使得器件的比导通电阻下降。由于多晶硅二极管的反偏是通过器件的漏源电压来完成的，因此积累层的产生无须依赖复杂的驱动电路。同时，高K介质的存在优化了漂移区的电场，器件的比导通电阻得到了进一步降低，可靠性也得到提高。仿真结果也表明，新结构的性能相比传统LDMOS有了明显的改进。2.基于上述对积累层高KLDMOS的研究