沟槽栅低压功率MOSFET的发展.ppt

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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