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基于LDMOS电容特性的研究及其器件建模

作　者: 张志伟
导　师: 陈军宁
学　校: 安徽大学
专　业: 电路与系统
关键词: LDMOS MEDICI SPICE宏模型 功率集成电路 电路仿真 数学模型
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


半导体技术的进步促进集成电路的飞速发展,特别是近年来功率集成电路取得了很大的发展,集成电路的市场也在增大。高压LDMOS器件非常适合应用于功率集成电路中,这是因为：一方面高压LDMOS器件的栅极、源极以及漏极都在器件的表面,这样就有利于和其它CMOS器件兼容；另一方面高压LDMOS器件具有很高的击穿电压以及很低的导通电阻。所以近年来对体硅LDMOS器件的研究越来越多。器件的建模是指通过其它的模型模拟仿真出器件的电学特性,器件的模型是电路仿真中必要的元素,仿真结果是否能够正确的反映器件的电学特性很大程度上决定于器件模型建立的好坏,所以器件模型的建立的好坏直接影响着电路仿真的结果。由于高压LDMOS器件的多样性以及器件结构的复杂性,近年来可以用于电路仿真的器件的宏模型并不多,而且现有的模型仿真结果都不是太理想。本文建立的能用于SPICE仿真的高压器件的宏模型。首先,从器件的静态特性出发,借助软件Tsuprem4,建立了器件的结构模型。通过半导体理论与二维器件模拟仿真软件MEDICI相结合,在满足一定的击穿电压和导通电流的前提下,在设计中尽量提高器件的耐压特性和减小器件的导通电阻,在反复的模拟仿真中,最终得到了器件最优化工艺参数。其次,从器件的动态特性出发,通过理论计算与软件方针研究了LDMOS电容的特性,特别是对栅漏寄生电容以及栅源寄生电容做了大量的分析,并通过模拟各种结构参数对栅漏电容的影响,理论计算得到的数据与软件模拟的结果对比,得到一些结论。利用这些结论,在设计LDMOS时,一方面,为优化设计LDMOS的结构参数提供参考；另一方面也可以验证模型建立的准确性。最后,本文中提出的功率LDMOS器件建立宏模型,提出了一种新型的等效电路的宏模型,最后通过MEDICI仿真与SPICE仿真比较,宏模型的瞬态分析以及静态IV特性分析,验证了本文提出的宏模型是满足电路仿真要求的。通过以上的工作,本文建立了功率器件LDMOS的SPICE宏模型,因为建立的方法具有普遍性,所以这种方法可以用到各种高压器件以及特殊器件的建模

全文目录


摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章 绪论  9-18
  1.1 引言  9-11
  1.2 LDMOS器件的结构和特点  11-15
    1.2.1 LDMOS器件与传统MOS管的比较  11-12
    1.2.2 器件的小尺寸效应  12-13
    1.2.3 器件的SOI技术  13-14
    1.2.4 器件的温度特性  14-15
  1.3 LDMOS在实际领域中的应用  15-16
    1.3.1 LDMOS在移动通信领域的应用  15-16
    1.3.2 LDMOS在其它领域的应用  16
  1.4 本文的主要工作  16-18
第二章 高压LDMOS的结构参数设计  18-33
  2.1 器件结构设计  18-19
  2.2 PN结击穿机理  19-20
  2.3 漂移区参数设计  20-30
    2.3.1 漂移区长度  21-22
    2.3.2 漂移区浓度和结深  22-28
    2.3.3 场板长度  28-30
  2.4 栅极及沟道参数设计  30-32
    2.4.1 阈值电压及沟道浓度设计  30-31
    2.4.2 沟道长度的设计  31
    2.4.3 栅氧厚度的设计  31-32
  2.5 最终确定的结构参数  32
  2.6 小结  32-33
第三章 LDMOS栅漏与栅源电容特性的研究  33-47
  3.1 LDMOS与普通MOS电容之间的比较  33-35
  3.2 LDMOS寄生电容模型  35-42
    3.2.1 栅源寄生电容  35-40
    3.2.2 栅漏寄生电容  40-42
  3.3 器件的结构和工艺参数对栅漏电容的的影响  42-46
    3.3.1 漂移区注入剂量对栅漏电容的影响  43
    3.3.2 沟道浓度对栅漏电容的影响  43-44
    3.3.3 场极板长度对栅漏电容的影响  44-45
    3.3.4 场氧厚度对栅漏电容的影响  45-46
  3.4 结论  46-47
第四章 高压LDMOS器件的宏模型  47-57
  4.1 高压LDMOS的SPICE模型  47-53
    4.1.1 等效电路宏模型  47-49
    4.1.2 子电路宏模型  49
    4.1.3 直流电流宏模型  49-50
    4.1.4 寄生电容宏模型  50-52
    4.1.5 寄生二极管宏模型  52-53
  4.2 模型的验证  53-56
    4.2.1 SPICE中基本语法结构  53-54
    4.2.2 SPICE库的建立和瞬态特性测试  54-55
    4.2.3 IV特性测试  55-56
  4.3 小结  56-57
第五章 结束语  57-59
参考文献  59-64
致谢  64-65
攻读学位期间发表的学术论文  65

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 场效应器件
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