导读:本文包含了耐压层论文开题报告文献综述、选题提纲参考文献及外文文献翻译，主要关键词:耐压,电荷,功率,通量,半导体器件,横向,电阻。
耐压层论文文献综述
邓菁[1]（2018）在《新型横向功率器件的研究及高K介质在耐压层中的应用》一文中研究指出电力电子技术是当今最先进的电能转换技术,它能灵活高效地将电能从一种形式转换为另一种形式,是实现人类社会可持续发展的关键科学技术之一。功率半导体器件是电力电子技术中最为基础却又极其重要的核心部件。随着电力电子技术的不断发展,智能功率集成电路的概念被引入进来,也就是将高压的功率器件与低压的控制电路集成到同一芯片上,以降低成本、提升可靠性。在智能功率集成电路中,为了易于集成一般采用横向结构的功率器件,相比于分立器件中常采用的纵向结构,在具有相同耐压的条件下,横向器件的电流能力较弱,导通压降较大。为此,人们一直在致力于研究如何进一步提高横向功率器件的电流能力,而且不牺牲如耐压、动态功耗、可靠性等其他的性能。优化横向变掺杂(OPTVLD)技术是能有效优化横向功率器件的技术之一。该技术是陈星弼教授在对各种表面耐压技术进行理论分析及归纳后,计算得出了在尽可能短的横向距离内实现尽可能高耐压的最佳表面电通量分布,以及提出了依靠横向变掺杂来实现这种最佳分布的方法。然而,因为所提出的方法是依靠掺杂工艺实现的,且对杂质剂量的精确度有一定要求,所以对工艺线的要求比较高。为此陈星弼教授又提出了利用高介电系数(高K)材料来实现优化横向变电通量的方法,即通过向漂移区表面引入高K介质来改变电力线的流向以实现最优电场分布。作者在陈星弼教授的指导下,主要围绕高K介质在横向功率器件耐压层中的应用开展了相关研究。本文展示了主要的研究内容,其创新性部分体现在第叁至第五章,分别有:1.为进一步降低LDMOS的比导通电阻,提出了一种利用n型多晶硅二极管来在漂移区表面自动感应出电子积累层的高K LDMOS结构。当器件导通时,反偏的多晶硅二极管与漂移区表面存在电位差。在该电位差的作用下,漂移区表面会感应出和多晶硅耗尽区内施主电荷等量的电子,从而使得器件的比导通电阻下降。由于多晶硅二极管的反偏是通过器件的漏源电压来完成的,因此积累层的产生无须依赖复杂的驱动电路。同时,高K介质的存在优化了漂移区的电场,器件的比导通电阻得到了进一步降低,可靠性也得到提高。仿真结果也表明,新结构的性能相比传统LDMOS有了明显的改进。2.基于上述对积累层高K LDMOS的研究,提出了一种用作高压开关电路中高侧器件的新型双通道导电的高K SOI p-LDMOS。高侧SOI p-LDMOS的背栅相对器件源极一直处于负偏置状态,这个负的偏置电压可以在n型顶层硅底部感应出空穴反型层。本文利用这一空穴反型层,以及在器件源极侧新加入的P-well区、栅电极和p~+源区一起构建了SOI p-LDMOS的第二条空穴电流路径,有效提升了器件的导电能力。同时,采用高K介质代替传统Field p-LDMOS中的氧化层,在更高的漂移区掺杂浓度下仍能保证器件的耐压。并且,还借助工艺仿真软件和器件仿真软件一起设计了器件的工艺流程并验证了器件性能。3.研究了现有改善LIGBT导通压降和关断损耗矛盾关系的手段,提出了一种具有载流子存储层的快关断SOI LIGBT。本文采用从漂移区获得辅助栅控制电位的方法,当器件耐压时,可以从漂移区获得一个相对阳极较低的电压作为辅助栅电压,从而使得辅助栅控制的PMOS开启以短路阳极,器件的关断相当于一个普通LDMOS的关断;器件导通时,PMOS被关断,器件与正常LIGBT无异。仿真结果显示,相比传统SOI LIGBT,新结构的关断时间得到了极大的缩短,而导通压降却并未增加。(本文来源于《电子科技大学》期刊2018-04-11）
林智[2]（2015）在《电荷平衡耐压层结构的优化设计及应用研究》一文中研究指出全球气候变暖和能源危机对电能的高效利用提出了苛刻要求,电力电子技术是目前最先进的电能转换技术,而功率半导体器件是电力电子技术中最为核心的部件。人们一直在寻找所谓“完美的功率半导体器件”,要求驱动功耗、导通功耗、关态功耗和开关损耗都很低,现在市面上的主流器件都只能部分满足以上要求。本文所研究的电荷平衡耐压层结构是硅基功率半导体器件领域的研究热点,它能够显着地提高纵向器件、横向器件和器件结终端的性能,使器件更接近“完美”。电荷平衡原理在功率半导体器件中的应用非常广泛,包括超结结构、各种降低表面场结构和优化横向变掺杂结构等。作者通过大量的文献阅读和学习发现,电荷平衡耐压层结构在理论上还有进一步优化的空间,而且在应用中也存在一些问题,比如衬底辅助耗尽效应导致体硅超结横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor:LDMOS)的击穿电压很小,以及如何在国内现有工艺上实现前人的一些创新结构等。针对以上问题,作者在电子科技大学陈星弼院士的指导下开展了一系列研究工作。本文的创新工作主要有:1.为进一步降低超结结构的比导通电阻,研究了一种纵向叁段变化掺杂的改进型超结结构。纵向变化掺杂的引入降低了原结构中的峰值电场,使电场分布更加均匀,可进一步提高超结柱中的平均掺杂浓度。利用电荷迭加原理将结构分解为一个普通超结结构部分和一个PIN二极管结构部分,求解泊松方程得到电场分布模型。借助数值分析软件MATLAB对电压等级为400 V~1600 V的结构在柱宽度分别为b=5μm和b=12μm条件下进行优化设计,结果表明纵向变化掺杂超结结构的比导通电阻与击穿电压的折衷关系优于普通超结结构,相同电压等级的器件比导通电阻降低约10%。进一步使用工艺仿真验证了一个600 V的金属-氧化物-半导体场效应晶体管在柱宽度为b=5μm条件下比导通电阻降低7.7%,并且不需要添加额外的工艺步骤。2.提出了一种基于深漏端扩散区结合场板技术的新型电荷补偿型LDMOS结构,用于解决限制体硅电荷补偿型LDMOS击穿电压的衬底辅助耗尽效应问题。从漏端扩散区的曲率效应出发解释了衬底辅助耗尽效应,分析了深漏端扩散区结合场板技术减弱曲率效应从而提高器件击穿电压的原因。借助叁维器件仿真软件DAVINCI对漏端扩散区结深和场板结构参数进行优化设计,结果表明新结构的优值比使用降低表面场技术的经典解决方案提高约20%,击穿电压抵抗电荷非平衡的工艺窗口提高至±4%。电阻负载下仿真结果表明电压等级为700 V的新结构开启时间为10 ns,关断时间为30 ns。文中给出了一个可行的制造工艺流程,工艺仿真证实高温过程会影响超结柱中杂质分布,但不会影响优化结果。3.基于陈星弼院士的优化横向变掺杂结构的相关专利,开发了一个800 V的智能功率集成电路工艺平台。此工艺平台能够将横向高压功率器件与纵向高压功率器件集成在同一芯片上,只需在标准的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor:CMOS)工艺流程上添加几个工艺步骤,一共使用11层掩膜版,12次光刻。文中详细分析了工艺平台结构和流程,并讨论了工艺参数的设计,特别是优化横向变掺杂结构中各层杂质剂量的设计。对工艺平台中集成的800 V高压功率器件、40 V中压CMOS器件、静电放电保护器件、场栅氧器件等结构进行了测试分析,最后用一款离线式开关电源芯片验证了其实用性。4.基于陈星弼院士的高速绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)和优化横向变掺杂结构的相关专利,开发了一个1700 V的高低压集成工艺平台,在一个成熟的平面栅非穿通型IGBT工艺流程中,添加几个工艺步骤用于集成低压控制电路。工艺流程使用“正面→背面→正面→背面”加工过程以激活背面各层杂质,使用揭离工艺在背面制作了两个金属电极。本工艺平台一共使用了16层掩膜版,其中有13层用于正面工艺,其余3层用于背面工艺。IGBT器件的击穿电压达到1900 V,阈值电压为8 V,正向导通电流密度为45 A/cm2;低压NMOS和PMOS管的击穿电压分别为15 V和21 V,导通电流密度较低。(本文来源于《电子科技大学》期刊2015-09-24）
吕信江[3]（2014）在《新型功率半导体器件的研究及其终端耐压层的利用》一文中研究指出电力电子技术的发展为电能的高效利用发挥了关键性的作用。电力电子技术的核心是功率半导体器件。正所谓“一代电力电子器件,一代电力电子技术”,电力电子技术的发展归根结底是源于功率半导体器件的突破与创新。功率半导体器件从上个世纪50年代的晶闸管开始发展到现在,在近60年的时间里,逐渐形成了各种类型的器件蓬勃发展的格局。功率半导体器件在电力电子技术中多数情况下是作为一种开关来应用。理想的开关应该具有极高的阻断电压、极强的导电能力、极高的开关速度还有极易驱动的特点,而现有的功率半导体器件特性与理想开关之间仍有很大的差距。以硅材料的纵向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOS)为例,它最突出的问题是比导通电阻随着击穿电压的提高而显着增加,即可怕的“硅极限”,严重限制了器件在高电压领域的应用。20世纪90年代出现的超结(Super Junction,简称SJ)器件打破了这种限制,使得相同耐压下比导通电阻相比普通VDMOS小了一个数量级。而在近几年,出现了另一种新型功率半导体器件——在耐压区利用高介电系数(简称高K或Hk)介质的MOSFET(Hk-MOSFET)。高K介质的引入使得耐压区宏观上等效的介电系数大大提高,使得Hk-MOSFET和超结MOSFET有着可比拟的比导通电阻。本论文的主要创新点以及所作的工作在于,在已有的几种新型功率半导体器件的基础上,提出了进一步降低器件单位面积导通电阻(也称比导通电阻)的方法,并进行了仿真验证。模拟结果显示,本文所提出的器件比导通电阻相比现有的器件可再降低20%~70%。Hk-MOSFET耐压区内半导体与高K介质排布的方式有多种多样,显然具有最密堆积的六角形元胞具有最小的比导通电阻。本文讨论了六角形元胞图形的Hk-MOSFET的比导通电阻与耐压的理论关系,并对理论结果和器件特性进行了仿真验证。理论分析表明六角形图形比叉指条形的的元胞的比导通电阻平均减小了约20%,文中还给出了器件参数最优化的方案,对将来六角形元胞的Hk-MOSFET的设计提供了理论依据。模拟的900 V器件显示,Hk-MOSFET的比导通电阻仅比同耐压的SJ-MOSFET大了约5%,而前者对电荷非平衡效应具有较强的鲁棒性。然而,制造Hk-MOSFET的最大难题在于寻找合适的高K材料,而且,相关的工艺也有待开发。本文还提出了一种在纵向超结器件的漂移区引入积累层载流子的方法及其终端耐压层的利用。先前已经有多篇文献报道在纵向功率MOSFET的漂移区形成积累层载流子参与导电可显着降低器件的比导通电阻。然而这些器件都是通过给深入到漂移区内的栅电极施加偏压来感应积累层电荷的,因此这些器件都有较大的栅电荷值。栅电荷的增加不仅导致驱动栅极所需的功耗增加,同时也降低了器件的开关速度。本文提出的器件特色在于,耐压层采用了超结原理,并利用了一种集成在元胞内的低压电源技术作为提供及存储栅电荷的办法。由于产生积累层载流子不是源自栅电极而是来自内部的低压电源,因此器件有效的栅电荷被大大地降低。一个600 V器件的模拟结果显示,它的比导通电阻约为普通超结MOSFET的46%,而有效栅电荷值几乎与普通超结MOSFET相同。上述引入积累层载流子的超结器件具有纵向的耐压层,其所用到的技术同样可以应用于横向结构。因此,本文还研究了一种在漂移区形成积累层载流子以获得极低比导通电阻的横向MOSFET结构,并对它进行了仿真验证。模拟结果显示,对于600 V的横向器件,本文提出的器件的比导通电阻仅为普通Double-RESURF LDMOS的30%,而两者几乎拥有相同的栅电荷值。由于横向器件的制作工艺相比纵向更为简单,因此更容易在将来首先被实验验证。(本文来源于《电子科技大学》期刊2014-04-01）
高琰,亢宝位,程序[4]（2003）在《一种具有新耐压层结构的IGBT》一文中研究指出介绍了一种具有新型耐压层结构的IGBT——低功耗IGBT。新结构用叁重扩散的方法在n- 单晶片上引入了n+ 缓冲层。保留了NPT-IGBT中薄而轻掺杂的背p+层和高载流子寿命的本质优点,同时又具有PT-IGBT中n-/n+ 双层复合的薄耐压层 (即薄基区) 的优点。计算机仿真得出,新结构IGBT的关断损耗比传统的IGBT减小50%左右。针对LPL-IGBT的创新点——新耐压层结构,我们还进行了优化仿真。(本文来源于《半导体技术》期刊2003年07期）
耐压层论文开题报告
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
全球气候变暖和能源危机对电能的高效利用提出了苛刻要求,电力电子技术是目前最先进的电能转换技术,而功率半导体器件是电力电子技术中最为核心的部件。人们一直在寻找所谓“完美的功率半导体器件”,要求驱动功耗、导通功耗、关态功耗和开关损耗都很低,现在市面上的主流器件都只能部分满足以上要求。本文所研究的电荷平衡耐压层结构是硅基功率半导体器件领域的研究热点,它能够显着地提高纵向器件、横向器件和器件结终端的性能,使器件更接近“完美”。电荷平衡原理在功率半导体器件中的应用非常广泛,包括超结结构、各种降低表面场结构和优化横向变掺杂结构等。作者通过大量的文献阅读和学习发现,电荷平衡耐压层结构在理论上还有进一步优化的空间,而且在应用中也存在一些问题,比如衬底辅助耗尽效应导致体硅超结横向双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor:LDMOS)的击穿电压很小,以及如何在国内现有工艺上实现前人的一些创新结构等。针对以上问题,作者在电子科技大学陈星弼院士的指导下开展了一系列研究工作。本文的创新工作主要有:1.为进一步降低超结结构的比导通电阻,研究了一种纵向叁段变化掺杂的改进型超结结构。纵向变化掺杂的引入降低了原结构中的峰值电场,使电场分布更加均匀,可进一步提高超结柱中的平均掺杂浓度。利用电荷迭加原理将结构分解为一个普通超结结构部分和一个PIN二极管结构部分,求解泊松方程得到电场分布模型。借助数值分析软件MATLAB对电压等级为400 V~1600 V的结构在柱宽度分别为b=5μm和b=12μm条件下进行优化设计,结果表明纵向变化掺杂超结结构的比导通电阻与击穿电压的折衷关系优于普通超结结构,相同电压等级的器件比导通电阻降低约10%。进一步使用工艺仿真验证了一个600 V的金属-氧化物-半导体场效应晶体管在柱宽度为b=5μm条件下比导通电阻降低7.7%,并且不需要添加额外的工艺步骤。2.提出了一种基于深漏端扩散区结合场板技术的新型电荷补偿型LDMOS结构,用于解决限制体硅电荷补偿型LDMOS击穿电压的衬底辅助耗尽效应问题。从漏端扩散区的曲率效应出发解释了衬底辅助耗尽效应,分析了深漏端扩散区结合场板技术减弱曲率效应从而提高器件击穿电压的原因。借助叁维器件仿真软件DAVINCI对漏端扩散区结深和场板结构参数进行优化设计,结果表明新结构的优值比使用降低表面场技术的经典解决方案提高约20%,击穿电压抵抗电荷非平衡的工艺窗口提高至±4%。电阻负载下仿真结果表明电压等级为700 V的新结构开启时间为10 ns,关断时间为30 ns。文中给出了一个可行的制造工艺流程,工艺仿真证实高温过程会影响超结柱中杂质分布,但不会影响优化结果。3.基于陈星弼院士的优化横向变掺杂结构的相关专利,开发了一个800 V的智能功率集成电路工艺平台。此工艺平台能够将横向高压功率器件与纵向高压功率器件集成在同一芯片上,只需在标准的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor:CMOS)工艺流程上添加几个工艺步骤,一共使用11层掩膜版,12次光刻。文中详细分析了工艺平台结构和流程,并讨论了工艺参数的设计,特别是优化横向变掺杂结构中各层杂质剂量的设计。对工艺平台中集成的800 V高压功率器件、40 V中压CMOS器件、静电放电保护器件、场栅氧器件等结构进行了测试分析,最后用一款离线式开关电源芯片验证了其实用性。4.基于陈星弼院士的高速绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)和优化横向变掺杂结构的相关专利,开发了一个1700 V的高低压集成工艺平台,在一个成熟的平面栅非穿通型IGBT工艺流程中,添加几个工艺步骤用于集成低压控制电路。工艺流程使用“正面→背面→正面→背面”加工过程以激活背面各层杂质,使用揭离工艺在背面制作了两个金属电极。本工艺平台一共使用了16层掩膜版,其中有13层用于正面工艺,其余3层用于背面工艺。IGBT器件的击穿电压达到1900 V,阈值电压为8 V,正向导通电流密度为45 A/cm2;低压NMOS和PMOS管的击穿电压分别为15 V和21 V,导通电流密度较低。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
耐压层论文参考文献
[1].邓菁.新型横向功率器件的研究及高K介质在耐压层中的应用[D].电子科技大学.2018
[2].林智.电荷平衡耐压层结构的优化设计及应用研究[D].电子科技大学.2015
[3].吕信江.新型功率半导体器件的研究及其终端耐压层的利用[D].电子科技大学.2014
[4].高琰,亢宝位,程序.一种具有新耐压层结构的IGBT[J].半导体技术.2003
论文知识图
