利用高k绝缘介质的新型功率半导体器件的研究

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2、名）黄铭敏（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2016.03.30论文答辩日期2016.06.05学位授予单位和日期电子科技大学2016年06月答辩委员会主席龚敏教授评阅人林媛、刘洋、殷景志、张卫、周玉梅注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。STUDYONNOVELPOWERSEMICONDUCTORDEVICESUSINGHIGH-KINSULATORADoctorDissertationSubmittedtoUniversi

3、tyofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAuthor:HuangMingminSupervisor:Prof.ChenXingbiSchool:SchoolofMicroelectronicsandSolid-StateElectronics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，除了文中特别加标注和致谢的地方夕ｈ论文中不

4、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；＾＾日期：三〇年月２日１＾＞６今论文使用授权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关部口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Ｗ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Ｗ采用影印、缩印或扫描等复制

5、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：每儀敵导师签名；日期＊；年６月２＾摘要摘要随着经济的发展，全球对电能的需求量在逐年增加。如今，中国已超越美国成为了世界上电能消耗量最大的国家，而且中国的电能消耗量的增长率也远超美国和欧盟。这样的发展趋势显然是我国实现节能减排目标的一个重大挑战。面对这一挑战，高效地利用电能显得尤为重要。电力电子技术是一种能将电能高效利用的新兴技术，而功率半导体器件是电力电子技术的核心。因此，研究功率半导体器件对我国实现节能减排有重要意义。电子科技大学

6、陈星弼教授提出的超结（Superjunction，SJ）耐压层是功率半导体器件领域的重要发明。SJ耐压层可以获得远比传统耐压层更优异的比导通电阻（Ron）与击穿电压（VB）的关系，因而被誉为功率半导体器件的里程碑。然而，SJ耐压层也有一些缺点，比如VB容易受电荷非平衡条件的影响等。为此，陈星弼教授又提出了高K耐压层。高K耐压层不仅改善了SJ耐压层的一些缺点，而且可以获得与SJ耐压层相近的Ron与VB的关系。作者在陈星弼教授的指导下主要开展了应用高K耐压层的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管（VDMOS）和肖特基二

7、极管（SBD）的研究。本文中主要的创新工作有：1.为了深入理解高K耐压层的原理及特点，给出了高K耐压层的解析模型，解释了高K耐压层的基本原理，并给出了高K耐压层的最优化设计方法以及最优化的Ron与VB的关系。仿真结果显示，在相同VB下，与应用了SJ耐压层的VDMOS（SJ-MOSFET）相比，应用了高K耐压层的VDMOS（Hk-MOSFET）的Ron会稍大一点，开关时间会更长一些，但在大电流下的耐压会明显更高。此外，还提出了适用于Hk-MOSFET的叉指条形元胞和两种六角形元胞的统一的简化设计方法，并比较了这些元胞结构的

8、Ron。理论和仿真计算均发现，若要获得最小的Ron，就需要根据设计条件来选取合适的元胞结构。2.研究了一种改进的Hk-MOSFET，给出了适用于改进的Hk-MOSFET的解析模型以及最优化设计的方法，并与以前的Hk-MOSFET以及SJ-MOSFET作了对比。理论和仿真计算结果均显示，在相同VB下，改进的Hk-MOS