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时间:2020-04-09
《沟槽栅低压功率MOSFET的发展.ppt》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、沟槽栅低压功率MOSFET的发展吴晓鹏功率器件与功率集成电路研究室提纲1、功率半导体器件的发展2、功率MOSFET的发展方向3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化1、功率半导体器件的发展第一阶段:60~70年代--晶闸管、功率二极管、大功率达林顿管第二阶段:80~90年代--MOSFET第三阶段:21世纪前后--与微电子工艺技术相结合2、功率MOSFET的发展方向SuperJunction低压和超低压--极低的通态电阻--较高的开关速度高压和超高压--较高的耐压--较低的通态电阻2.1、低压功率MOSFE
2、T要求--原胞尺寸更小应用--4C产业-Communication-Computer-Consumer-Car电压调节模块VRM--VoltageRegulatorModules2.1、低压功率MOSFETQ1---ControlFET为微处理器供电的单相同步降压型Buck电路Q2---SyncFET2.1、低压功率MOSFETHighside--Q1开关损耗>>传导损耗高的开关速度Lowside--Q2传导损耗>>开关损耗低的通态电阻2.1、低压功率MOSFET漏源通态比电阻(specificon-res
3、istance)Rds(on)mΩ•mm2单位面积栅极电荷QgnC/mm2FOM—FigureofMeritFOM=Rds(on)×Qg与面积无关2.1、低压功率MOSFETHighside--Q1开关损耗>>传导损耗高的开关速度Lowside--Q2传导损耗>>开关损耗低的通态电阻LowerQgLowerRds(on)LowerFOM3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化3.1减小漏源通态电阻Rds(on)3.2减小优值FOM3、沟槽栅低压功率MOSFET性能的优化3.1减小漏源通态电阻Rds(on)3
4、.2减小优值FOM3.1减小漏源通态电阻平面栅MOSFET沟槽栅MOSFET3.1减小漏源通态电阻Rds(on)RN+,源N+扩散区电阻RCH,反型沟道电阻RA,积累层电阻RJ,JFET电阻RD,漂移区电阻RS,衬底电阻3.1减小漏源通态电阻3.1减小漏源通态电阻3.1减小漏源通态电阻3.1.1减小反型沟道电阻RCH3.1.2减小积累层电阻RA3.1.3减小漂移区电阻RD3.1.4减小衬底电阻RS3.1.5减小源区接触电阻3.1.6栅氧厚度的影响3.1.7其它3.1.1减小反型沟道电阻RCH减小反型沟道电阻
5、RCHi)优化p型体区的深度和掺杂分布ii)增大沟道宽长比iii)使用表面积累模式MOSFET3.1.1减小反型沟道电阻RCHi)优化p型体区深度和掺杂分布减小p区深度改善p区掺杂分布影响耐压3.1.1减小反型沟道电阻RCHii)增大沟道宽长比(Rds(on)∝L/W)减小原胞尺寸改变原胞形状Tobecontinue>>3.1.1减小反型沟道电阻RCH1.减小原胞尺寸细线条光刻内置spacer2.改变原胞形状六角形三角形3.1.1减小反型沟道电阻RCHiii)使用表面积累模式MOSFET(a)栅极偏压0V;
6、(b)栅极偏压-5V缺点:击穿电压较低(25VbreakdownvoltagewithRds(on)=10mΩ•mm2)3.1.1减小反型沟道电阻RCHiii)使用表面积累模式MOSFET(33VbreakdownvoltagewithRds(on)=10mΩ•mm2)缺点:沟槽较深导致FOM较大3.1减小漏源通态电阻3.1.1减小反型沟道电阻RCH3.1.2减小积累层电阻RA3.1.3减小漂移区电阻RD3.1.4减小衬底电阻RS3.1.5减小源区接触电阻3.1.6栅氧厚度的影响3.1.7其它3.1.2减小
7、积累层电阻RA减小积累层电阻RA提高积累层中的多子电荷Qe=Cox(Vgs-Vth)载流子迁移率{100}>{110}3.1减小漏源通态电阻3.1.1减小反型沟道电阻RCH3.1.2减小积累层电阻RA3.1.3减小漂移区电阻RD3.1.4减小衬底电阻RS3.1.5减小源区接触电阻3.1.6栅氧厚度的影响3.1.7其它3.1.3减小漂移区电阻RD减小漂移区电阻RD减薄漂移区厚度提高漂移区掺杂浓度在n-外延层增加p型埋层3.1.3减小漂移区电阻RD在n-外延层增加p型埋层浮岛单极器件(FloatingIslan
8、dsunipolardevices)3.1减小漏源通态电阻3.1.1减小反型沟道电阻RCH3.1.2减小积累层电阻RA3.1.3减小漂移区电阻RD3.1.4减小衬底电阻RS3.1.5减小源区接触电阻3.1.6栅氧厚度的影响3.1.7其它3.1.4减小衬底电阻RS减小衬底电阻RS对于低压和超低压MOSFET,相当一部分通态电阻来自衬底电阻提高衬底掺杂浓度减薄衬底厚度3.1减小漏源通态电阻3.1.1减小反型沟道电阻R
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