600v功率mosfet器件的元胞结构研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第V页5．3半超结结构仿真结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯385．2．1P柱宽度对性能参数的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯385．2．2增大N柱掺杂浓度优化导通电阻⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．425．2．3半超结与传统VDMOS结构比较分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．485．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯49结论与未来的工作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．50致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。51参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．52攻读硕士期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．56西南交通大学硕士研究生学位论文第1页1．1研究背景及意义第一章绪论功率半导体器件(Powersemiconductordevice)是电力电子技术的基础，也是构成电力电子变换装置的核心器件。随着电力电子系统的发展，功率半导体器件在生活中的作用越来越重要。功率半导体作开关器件，控制灵活、效率高。如今，能源问题和环境问题日益严重使得人们越来越关注电能变换的效率和品

3、质，也引导了功率半导体器件沿着集成化、智能化、高效率、高频率、高耐压、高功率等方向迅速发展。在此背景下，半导体器件的应用范围急剧扩大。1950s，晶闸管(SCR)和双极性晶体管(GTR)得到发展，成为电力工业中的主要应用器件。与SCR相比，GTR的工作频率得到了提高。GTR的PN结扩散电容效应很明显，使应用频率受限，不适合应用在1MHz以上工作场合。为了进一步提高频率，必须消除少子存贮效应的影响。1970s，制造出场控功率器件如功率MOSFET，IGBT等，这些器件可应用于高频。PowerMOSFET随着击穿电压BVdSs的增加，其导通电

4、阻(凡。舢)快速增加，导通电阻和击穿电压的矛盾成为功率半导体器件进一步发展的主要矛盾。1980s，诞生MOS一双极型器件(IGBT和MCT)uH21。MOS一双极型器件利用MOS和双极技术的融合，得到更低导通电阻、更高耐压的器件。功率MOSFET是单一载流子导电，又是电压控制型器件，具有很多优点。无少子效应，使其开关速度非常快、开关损耗小、可以在更高的频率中工作。电压控制使其输入阻抗很高、驱动功率低。这些优点使其在半导体器件的应用中所占比例越来越大。其结构和性能得到了迅速发展，如今功率MOSFET在开关电源、DC．DC变换、逆变器、汽车电

5、子、马达驱动、工业控制、电机调速、高保真音频放大、高频振荡器、不间断电源、节能灯、感应加热、射频通讯等各种领域得到广泛应用。当今世界能源危机越来越严重，我国十分倡导节能降耗，发展与应用高性能的功率半导体器件可以降低很多能耗。PowerMOSFET作为功率半导体器件的重要部分，由于政府的大力支持，在国内的市场快速增长。2010年，国内功率MOSFET主要市场领域是数据处理和消费电子。其它市场还有无线通信，有线通信，工业电子，汽车电子等【3J。对于高频低功率的应用场合，功率MOSFET比其他半导体器件更适用。功率MOSFET可以应用在额定功率

6、不大的各个半导体器件应用领域。功率MOSFET仍然向高压大电流方向发展以及提升器件的性能参数指标(高耐压、低导通电阻、低电容)。如今国内的工艺技术还比较落后，而性能高的功率MOSFET的工艺难度还较大，许多中高端产品主要还是依赖进口。市场对功率MOSFET器件需西南交通大学硕士研究生学位论文第2页求的加大，推动着PowerMOSFET性能的提升。研发高性能的功率MOSFET器件既符合节能降耗的国策，又满足电子信息产业发展的需求，还能缩小国内与国外PowerMOSFET器件的生产制造与设计研发之间的差距。1．2功率MOSFET的发展与国内外

7、研究现状功率MOSFET的发展保留了MOSFET优点，并努力提高功率和频率。高性能MOSFET器件要求低导通电阻、低损耗和高的击穿电压。导通电阻与击穿电压的矛盾，使功率MOSFET的发展受限[41【5J。随着国内外研究的深入，生产工艺的发展，市场需求的不断加大，功率MOSFET得到迅速的发展。功率MOSFET是由多个元胞并联而成，增加并联个数可以增大器件的工作电流，降低器件的导通电组。随着工艺的发展，芯片面积可以做得越来越大。为了在相同面积的芯片上，增大单元器件密度，获得更大的沟道宽度，单胞尺寸越做越小，元胞图形常见的已有方形元胞方阱，方

8、形元胞圆阱，方形元胞六角阱，六角元胞圆阱，六角元胞六角阱等。提高功率MOSFET器件的性能研究主要从以下两个方面着手：1．2．1结构的研究目前功率MOSFET的结构依据元件内部电流的流动方式分