新型半桥功率集成电路的研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目新型半桥功率集成电路的研究学科专业微电子学与固体电子学学号200911030105作者姓名孔谋夫指导教师陈星弼教授院士博导万方数据分类号密级注1UDC学位论文新型半桥功率集成电路的研究（题名和副题名）孔谋夫（作者姓名）指导教师陈星弼教授院士博导电子科技大学成都（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2013.10

2、.12论文答辩日期2013.12.02学位授予单位和日期电子科技大学2013年12月24日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据STUDYONNOVELHALF-BRIDGEPOWERICSADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:KongMoufuAdvisor:Prof.ChenXi

3、ngbiSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-stateElectronics万方数据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外，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已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日本学位论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

4、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：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要微型化、智能化已经成为功率半导体的发展趋势，智能功率集成电路（SPIC）正是在这种趋势下得到了快速发展，目前SPIC已广泛应用于照明、工业控制、电子计算机、航空航天设备、国防电子产品、以及各种电子消费品，并已成为功率半导体领域最为活跃的研究方向之一。在当今倡导的节能型社会

5、、以及电子设备小型化的发展趋势中，智能功率集成电路的功耗、成本、体积和可靠性已成为人们最为关注的问题。本论文在探讨了国内外电力电子技术与SPIC技术的发展现状及趋势后，针对上述提到的问题进行了深入研究。基于陈星弼院士提出的“横向优化变掺杂（OPT-VLD）”理论及相关专利，设计了LDMOS器件及横向高低侧功率器件，提出了一种新型高压电平位移电路，同时研究了半桥功率IC中高压器件的隔离技术；本文的研究重点是无需传统电平位移电路的新型半桥功率IC，以及其低压电路与低压电源的实现方法；同时为了提高横向功率器件可靠性，本文还研究两种多数载流子同时

6、导电的横向功率器件，并与单子器件进行了比较。本论文在高校博士点基金的支持下，主要完成了如下工作：1．基于陈星弼院士提出的“OPT-VLD”理论及“横向低侧高压器件及高侧高压器件”中美专利，设计了用于半桥功率IC的LDMOS器件及横向高低侧LDMOS器件，并进行了流片实验；同时，本文还提出了一新型电平位移电路，采用有源电阻代替传统的多晶硅电阻，不仅减少了芯片面积，还提高了可靠性。2．基于陈星弼院士的“一种半导体器件”的中美专利，研究了半桥功率IC中高低侧高压功率器件及电平位移电路中高压器件的隔离技术，实现了将四个高压器件制作于相邻的耐压区内

7、，不仅减少了芯片面积，还解决了传统结构中的高压互连问题，在MEDICI和DAVINCI的仿真结果表明了其可行性。3．提出了两种实现无需传统高压电平位移电路的新型半桥功率IC的方法。该两种方法均是采用片内感应信号的思想，通过在低侧n-LDMOS功率器件上集成一个高压PMOS，通过盆电路控制PMOS的开关而感应到一个脉冲信号，该脉冲信号经过一个低压电路处理后，便可用于控制低侧n-LDMOS功率器件。该方法无需传统的高压电平位移电路，不仅节省了可观的芯片面积，同时还降低了功耗以及消除了传统高压电平位移电路中的寄生效应，从而提高了可靠性。4．设计

8、了用于新型半桥功率IC的CMOS低压电路，主要包括脉冲信号发生器电路、死区时间控制电路；基于陈星弼院士的“低压电源”的中美专利，设计I万方数据摘要了用于低压电路的正电源及该低压电源的稳压器电路