VDMOS终端结构研究

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1、摘要现代的电力电子技术无论对改造传统工业(电力、机械、冶矿，交通、化学、轻纺等)，还是对新建高新技术产业(航天、激光、通信、机器人等)都至关重要，它的应用领域几乎涉及到国民经济的各个工业部门，毫无疑问，它将成为本世纪乃至下世纪重要关键技术之一。VDMOS(垂直沟道MOS管，或称功率MOS)以其开关频率高(可达1MHz)、驱动简单(电压型驱动)、抗击穿性好等特点成为电力电子器件中非常重要的一员。电力电子器件最重要的静态特性之一便是耐压，VDMOS的耐压主要由终端结构决定。浮空场限环作为一种重要而有效的结终端技术，在提高击穿电压、改善表面电场分布等方面效果显著，其简单的制作工艺更使其广泛

2、应用于高压器件。因此，研究VDMOS场限环结构的优化设计方法非常具有实际价值。本文回顾了高压器件终端结构的发展过程，并对现今应用最广的结构——场限环的工作机理及其击穿特性进行了详细分析。文中介绍了现有的各种设计场限环的数值、分析模型并分别指出他们的优点及存在的问题。本文以B．J．Baliga的理论作为基础，通过求解双边突变圆柱结的泊松方程，得到了场限环主结、环结区域的电特性分布。尽管本分析模型引入了两个辅助的参量，但是此参量可以通过简单的分析方式获得，这两个参量的引入使得此模型可以在很大的范围内取得很高的精度。此模型集中反映了场限环优化设计的各项参数对场限环特性的影响，并且考虑了串通

3、及非串通两种不同情况下模型的变化。通过模拟及理论的比较，此模型在很广的衬底浓度(13．40·em～530·era)及结深范围内均适用，文中应用此理论设计了400V～1200V单结场限环结构，在各种情况下此模型的理论值与模拟结果均能取得4-7％的精度。相对于其他模型，此模型更精确、简单、实用。本文还就实际的1200V场限环结构进行了特性模拟，其模拟结果与在华润上华流水测试结果进行了比对，其模拟结果与实际测试结果亦可达到4-7％的精度。关键词：浮置场限环、高压器件、优化设计、分析模型AbstractPowerelectronicsIH-eimportanttothedevelopment

4、ofnotonlytraditioualindustries(suchaselectricpower,mechanism,mining，traffic，chemistry,weavingetc)butalsohigh-and-newtechnology(suchasspaceflight,laser,communication,automationetc)．Theapplyingareasofpower-devicetoucheveryindustrydepartmentofNationaIeconomy．Inanpowerdevices，VDMOSbecomesoneoftheim

5、portantmembersbecauseofhighswitchfrequency(asmuchas1MHz)，simpledrivingcircuitandhighbreakdownvoltage．ThemostimportantstaticcharacterofpowerelectronicsisbreakdownvoltageandthebreakdownvoltageofVDMOSislimitedbyterminalstructure．FloatingFieldLimitingRing(FFLR)，whichisusedwidelyinpowerdevice，isanef

6、fectiveandimportantterminationtechnologytoimprovebreakdownvoltageandtoamelioratetheprofileofsurfaceelectricfield．So，it'sveryvaluabletostudyoptimalmethodofdesigningVDMOS’terminationstructure．Inthispaper,thedevelopmentofterminationtechnologyhasbeenreviewedbriefly,inwhichFFLRisusedmost．Theprincipl

7、esandbreakdowncharacteristicsofFFLRhavebeenalsodiscussed．ThispaperbrieflydiscussesexistedanalyticalandnumericalmodelsofdesigningFFLRandanalyzesthedeficiencyandmeritofeverymodel．Thetheorybroughtoutinthispaperisbasedonthetheoryoffer