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SOI横向功率器件中的二维场板理论研究

作　者: 钟大伟
导　师: 郭宇锋
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电路与系统
关键词: 绝缘衬底上硅降低表面电场场板电场分布模型
分类号: TN386
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

场板技术作为一种实用的结终端技术，因其所占面积小、制造工艺简单等优点，在功率MOS器件、高压集成电路和智能功率集成电路中得到了广泛的应用。将场板技术运用于SOI横向功率器件中，不仅利用了SOI技术隔离性能好、漏电小、功耗低、速度快、抗辐射等自有优势，而且可以有效改善器件表面电场分布，从而大大提高器件耐压特性。研究发现，不同结构的场板对表面电场分布的改善能力不同，故而建立不同场板结构SOI横向功率器件沿漂移区表面势场分布的解析模型对进一步弄清场板对表面势场分布的影响以及深入研究场板SOI横向功率器件的耐压机理具有重要意义。本文基于二维Possion方程，建立了较为完备的SOI横向功率器件二维场板理论，主要包括普通金属场板、阶梯场板和浮空场板SOI横向功率器件表面势场分布的解析建模及其分布特性的深入研究。1.普通场板SOI横向功率器件表面势场分布解析模型及其特性研究。首先，分别建立了栅场板结构和漏场板结构SOI RESURF LDMOS沿漂移区表面势场分布的解析模型，着重分析了不同外加偏压下出现的不同耗尽情形，针对不同耗尽情形建立了统一的势场分布解析式。利用半导体器件仿真工具Silvaco对模型的准确性进行了论证，并分别探讨了栅场板和漏场板结构参数对表面势场分布以及漂移区耗尽的影响。最后，在综合前面分析的基础上，建立了一个栅漏场板联合作用下SOI横向功率器件表面势场分布的全域解析模型，通过Silvaco仿真发现模型吻合良好。2.阶梯场板SOI横向功率器件表面势场分布解析模型及其特性研究。分别建立了全耗尽情况下n阶栅场板结构和n阶漏场板结构SOI横向功率器件表面势场分布的解析模型。利用Silvaco对模型的精准性进行了论证，并研究了场板阶数的变化对表面势场分布的影响。最后，建立了任意阶栅漏阶梯场板结构SOI横向功率器件表面势场分布的解析模型，为进一步分析阶梯场板结构SOI横向功率器件的耐压机理提供了理论上的指导。3.浮空场板SOI横向功率器件表面势场分布解析模型及其特性研究。分别建立了全耗尽情况下单浮空场板和多浮空场板SOI横向功率器件表面势场分布的解析模型。浮空场板结构解析模型建立的难点在于浮空场板上偏置电压的难以确定，本文通过比较有无浮空场板时场氧中电场分布曲线，给出了一个确定浮空场板偏置电压的近似解析式，在此基础上建立起来的浮空场板解析模型与半导体器件仿真工具Silvaco的仿真结果能够很好地吻合，从而验证了模型的准确性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-19
  1.1 SOI 技术  9-14
    1.1.1 SOI 技术的发展和特点  9-10
    1.1.2 SOI 横向耐压技术  10-14
  1.2 场板及相关技术  14-17
    1.2.1 扩散保护环  14
    1.2.2 普通平面场板  14-15
    1.2.3 斜场板  15-16
    1.2.4 浮空场板  16
    1.2.5 电阻场板  16-17
  1.3 场板 SOI 横向功率器件模型研究现状  17-18
  1.4 本文的主要工作  18-19
第二章普通场板 SOI 横向功率器件表面势场分布解析模型  19-38
  2.1 栅场板模型  19-26
    2.1.1 模型的推导  19-23
    2.1.2 模型的验证  23-24
    2.1.3 栅场板结构参数对表面势场分布的影响  24-26
  2.2 漏场板模型  26-32
    2.2.1 模型的推导  26-29
    2.2.2 模型的验证  29-30
    2.2.3 漏场板结构参数对表面势场分布的影响  30-32
  2.3 栅漏场板联合解析模型  32-36
    2.3.1 模型的推导  32-35
    2.3.2 模型的验证  35-36
  2.4 本章小结  36-38
第三章阶梯场板 SOI 横向功率器件表面势场分布解析模型  38-51
  3.1 n 阶栅阶梯场板模型  38-43
    3.1.1 模型的推导  38-41
    3.1.2 模型的验证  41-43
  3.2 n 阶漏阶梯场板模型  43-46
    3.2.1 模型的推导  43-44
    3.2.2 模型的验证  44-46
  3.3 任意阶栅漏阶梯场板模型  46-49
    3.3.1 模型的推导  46-48
    3.3.2 模型的验证  48-49
  3.4 本章小结  49-51
第四章浮空场板 SOI 横向功率器件表面势场分布解析模型  51-62
  4.1 单浮空场板模型  51-57
    4.1.1 模型的推导  51-54
    4.1.2 模型的验证  54-55
    4.1.3 浮空场板结构参数对表面势场分布的影响  55-57
  4.2 多浮空场板模型  57-60
    4.2.1 模型的推导  57-59
    4.2.2 模型的验证  59-60
  4.3 本章小结  60-62
第五章总结与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-69
作者在攻读硕士期间的科研成果  69

SOI横向功率器件中的二维场板理论研究

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