功率mosfet击穿特性研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第V页3．4．2场板长度对击穿电压的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．383．5本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯39第四章场限环．场板联合边端结构的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．1终端结构的耐压原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯404．1．1场限环⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．404．1．2场板⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．464．2场限环．场板联合边端结

2、构的耐压特性研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．484．2．1单场环．场板联合边端结构中场限环间距对击穿电压的影响⋯⋯⋯⋯⋯484．2．2主结场板长度对耐压特性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．504．2．3场限环场板长度对耐压特性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．534．2．4主结与场限环双场板结构对耐压特性的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．554．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯56第五章高压功率MOSFET的边端设计与研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．575．1设计方法概述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯575．2500V纯场限环结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯585．2．1四场限环边端⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．585．2．2五场限环边端⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．605．3500V纯场限环结构的优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．625．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯64结论与未来的工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．65参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．67致j射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．72攻读硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．73西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1研究背景和意义第一章绪论自电能被发明以来，它就彻底改变了人们的生活。电能成为人们最常使用，也是最方便使用的能源之一。新的基于电能的电力电子设备不断涌现出来，出现在人们的生活中，给人们的生活带来了方便和快捷。在对电能的利用方面，功率半导体器件在其中发挥了核心作用。它成为了

5、电能传送和管理的重要控制器件【1】。人们在与电能相关的各个方面都可以发现功率半导体的身影。MOSFET是功率半导体中重要的一类【69】。功率MOSFET具有很高的输入阻抗，因而，可以方便地采用电压驱动方式。同时，与双极型器件相比，MOSFET无少数载流子存储效应，可以应用于较高工作频率的应用场合。功率MOSFE还具有良好的热稳定性，它不会因为热效应而发生二次击穿。由于以上的优势，功率MOSFET被地广泛应用于DC．DC、AC，DC、汽车电子、马达驱动、工业控制、电机调速、音频放大、高频振荡器、不间断电源、节能灯、逆变器等各种领域【70】

6、。·由于其广泛的应用于日生活中的各个方面，因而，形成了一个功率MOSFET的需求场。从1995年到2000年的5年间，在亚太地区，功率MOSFET的需求基本以每年20％以上的速度增长。到2000年，就己形成了274亿美元的巨大市场【71】。智能电网项目，以太阳能、风能为代表的清节能源项目，以及节能减排项目都进一步加快了功率MOSFET的发展，加速了功率MOSFET市场需求。，更新、更具有挑战性的电力应用场景要求功率MOSFET要具有低功耗，高耐压和承受大功率的特点。这些现实需求和挑战使高压大功率低损耗的功率MOSFET研究得到了广泛关注

7、。这些新形势所带来的挑战也为功率MOSFET的理论研究和性能改进提供了新的机遇，并促进了功率MOSFET的设计理念，制造技术和封装技术的迅速发展。1．2功率MOSFET研究现状1．2．1功率MOSFET的发展现状在19世纪70年代，为了改善当时的双极型功率晶体管的性能，垂直功率MOSFET结构被开发出来[1】。垂直沟道结构的MOSFET，漏极和源极在晶片的相对两侧。这样更有利于提高漏源间的电流额定值，而且借助于厚的外延层，就可以提高器件的击穿西南交通大学硕士研究生学位论文第2页电压承担能力。这种结构更为适合于较高功率的应用场合。常用的三

8、种垂直沟道MOSFET有DMOSFET，VMOSFET和UMOSFET【46]。(a)(b)(c)图1-1三种常见的垂直沟道DMOSFET[46】。(a)DMOSFET；(b)VMOSFET；(c)UMOS