基于HTO的LDMOS器件结构及其热载流子注入退化研究

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作者 邵红 李永顺 +2 位作者 宋亮 金华俊 张森 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1582-1590,共9页

为满足中低压消费电子的市场需求,小尺寸高密度Bipolar-CMOS-DMOS技术得到了蓬勃发展,低损耗和高可靠成为Bipolar-CMOS-DMOS技术中横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor field effect... 为满足中低压消费电子的市场需求,小尺寸高密度Bipolar-CMOS-DMOS技术得到了蓬勃发展,低损耗和高可靠成为Bipolar-CMOS-DMOS技术中横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(Lateral Double-diffused Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor,LDMOS)设计的重点和难点.本文介绍了一种基于高温氧化层(High Temperature Oxidation layer,HTO)结构的LDMOS,并对其热载流子注入退化机制进行了研究分析,利用高温氧化层结构改善了传统浅槽隔离(Shallow Trench Isolation,STI)结构中氧化物台阶嵌入半导体内部对器件热载流子注入造成的不利影响,提高器件可靠性,同时还缩短了器件导通情况下的电流路径长度,降低损耗.此外本文还提出了对P型体区的工艺优化方法,利用多晶硅作为高能量离子注入的掩蔽层,改善阱邻近效应对器件鲁棒性的影响,同时形成更深的冶金结,可以辅助漂移区杂质离子耗尽,降低漂移区表面电场,在不需要额外增加版次的情况下提高了器件击穿电压.最终得到的基于HTO结构的LDMOS击穿电压为43 V,比导通电阻为9.5 mΩ·mm^(2),线性区电流在10000 s之后的退化量仅为0.87%. 展开更多

关键词 横向双扩散金属氧化物半导体场效应管 热载流子注入 高温氧化层 低损耗 高可靠性

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抑制碳化硅MOSFET阈值电压漂移的驱动电路

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作者 赵柯 蒋华平 +6 位作者 汤磊 钟笑寒 谢宇庭 胡浩伟 肖念磊 黄诣涵 刘立 《重庆大学学报》 北大核心 2025年第9期50-56,共7页

碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的阈值电压漂移严重影响了其在应用中的可靠性。针对该问题,文中总结了碳化硅MOSFET阈值电压漂移的特点与现有的理论模型,提出抑制阈... 碳化硅金属-氧化物-半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,MOSFET)的阈值电压漂移严重影响了其在应用中的可靠性。针对该问题,文中总结了碳化硅MOSFET阈值电压漂移的特点与现有的理论模型,提出抑制阈值电压漂移的驱动方法与驱动电路。该驱动电路通过引入中间电平的方式,将被控器件关断动态过程与关断稳态后的栅极电压区分开来,以此来达到降低碳化硅MOSFET的阈值电压漂移量的目的,同时还可以保留负栅极关断电压的优势。搭建了实验平台来验证该驱动电路对碳化硅MOSFET阈值电压漂移的抑制效果,结果表明,在文中的实验条件下该驱动电路相比于传统的驱动方式阈值电压漂移量降低了37%。 展开更多

关键词 碳化硅 金属-氧化物-半导体场效应晶体管器件 阈值电压 栅极驱动器

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Ga2O3功率器件研究现状和发展趋势 被引量：8

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作者 孙学耕 张智群 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2018年第4期241-249,284,共10页

氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研... 氧化镓（Ga2O3）超宽禁带半导体材料在高频大功率器件领域具有巨大的应用潜力和前景,近几年已成为国内外研发的热点。概述了Ga2O3半导体材料在功率器件应用领域的特性优势和不足,重点介绍了日本、美国和国内的Ga2O3功率半导体器件的研发现状。详细介绍了目前Ga2O3肖特基势垒二极管（SBD）、Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）以及新型Ga2O3功率器件的最新研究成果。归纳出提高Ga2O3单晶和外延材料质量、优化Ga2O3功率器件结构和制造工艺是Ga2O3功率器件未来的主要发展趋势,高功率、高效率、高可靠性和低成本是Ga2O3功率器件未来的主要发展目标。最后总结了我国与美国、日本在Ga2O3功率半导体领域的技术发展差距,以及对未来我国在Ga2O3功率半导体技术方面的发展提出了建议。 展开更多

关键词 GA2O3 超宽禁带半导体 功率器件 Ga2O3肖特基势垒二极管(SBD) Ga2O3金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)

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功率器件功率循环测试技术的挑战与分析 被引量：17

4

作者 邓二平 严雨行 +4 位作者 陈杰 谢露红 王延浩 赵雨山 黄永章 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第13期5132-5150,共19页

功率循环测试被称为考核功率器件封装可靠性最重要的实验,尤其是碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbon metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,SiC MOSFET)功率器件的快速发展,是近几年的研究热点。与其... 功率循环测试被称为考核功率器件封装可靠性最重要的实验,尤其是碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbon metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,SiC MOSFET)功率器件的快速发展,是近几年的研究热点。与其他可靠性测试不同的是,功率循环测试原理虽然简单,但测试技术、测试方法和数据处理却涉及到半导体物理、电磁学、传热学、结构力学和信号分析等多学科交叉,处理不当将得到错误的结论。文中基于功率循环测试基本原理,从测试技术、测试方法和数据处理3个大方面对其存在的挑战进行深入分析,并提出相应的解决方案。测试技术主要包括电气测量噪声、结温测量延时和数据采集点,电气测量噪声和测量延时影响功率循环测试中结温的准确性,数据采集点则是影响器件的失效模式判定和寿命。测试方法主要包括结温测试方法、电流激励方法和宽禁带器件SiC MOSFET的相关测试方法,其中电流激励方法会影响器件的失效机理和寿命,需要特别关注。数据处理部分则是从可靠性数理统计角度出发,探究测试样本数量和对测试结果的修正,以得到准确的测试结果。该文可以为功率循环测试技术和设备的发展奠定一定理论和方法基础,为功率循环测试和数据分析提供一些借鉴。 展开更多

关键词 功率器件 碳化硅金属–氧化物半导体场效应晶体管 功率循环测试 挑战与分析

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一种新型可调驱动电压的SiC/Si混合开关驱动电路 被引量：1

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作者 付永升 任海鹏 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期2774-2785,I0021,共13页

为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybr... 为提高碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(silicon carbide metal oxide semiconductor filed effect transistor,SiC-MOSFET)与硅基绝缘栅极双极晶体管(silicon insulated gate bipolar transistor,Si-IGBT)并联混合开关(SiC/Si hybrid switch,SiC/Si HyS)的可靠性与适用性,该文提出一种可变驱动电压的SiC/Si HyS栅极驱动电路结构,采用一路脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)控制信号和一个驱动芯片产生不同电压幅值的栅极控制信号,分别控制SiC/Si HyS中的SiC-MOSFET和Si-IGBT。相比于传统采用2个独立驱动电路的SiC/Si HyS驱动结构,该驱动电路大幅度降低SiC/Si HyS栅极驱动电路的复杂度,降低SiC-MOSFET关断过程中Si-IGBT误导通的可能性,提升混合开关的工作可靠性。该文首先分析所设计驱动电路工作原理,给出驱动电压调节方法;其次,建立耦合电容端电压纹波和系统启动时电容端电压暂态数学模型,通过仿真和实验验证模型准确性;搭建2 kW的SiC/Si混合开关Buck电路,验证该文所提混合开关驱动电路可行性,从SiC/Si HyS功率器件关断损耗、驱动电路功率损耗、成本以及体积4个方面分析所提驱动结构的优势。 展开更多

关键词 宽禁带半导体器件 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管 硅基绝缘栅极双极晶体管 混合开关 门极驱动电路 耦合电容

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微波功率LDMOS的工艺仿真及研制 被引量：1

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作者 冯彬 刘英坤 +2 位作者 孙艳玲 段雪 董四华 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2007年第5期402-405,共4页

利用工艺仿真软件Tsuprem 4,针对氧化、退火等工艺进行仿真及校准,并据此对LDMOSFET进行了设计及工艺仿真。结合Medici得到LDMOSFET的结构参数以及相应电学参数,与研制结果进行了比较,仿真结果与实际研制结果吻合较好,实现了在工作频率1... 利用工艺仿真软件Tsuprem 4,针对氧化、退火等工艺进行仿真及校准,并据此对LDMOSFET进行了设计及工艺仿真。结合Medici得到LDMOSFET的结构参数以及相应电学参数,与研制结果进行了比较,仿真结果与实际研制结果吻合较好,实现了在工作频率1 GHz,VDD=28 V条件下,输出功率Po=10 W,Gp=10 dB,η=55%的良好性能。 展开更多

关键词 工艺仿真 Tsuprem4软件 横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

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一种新型低压功率MOSFET结构分析 被引量：6

7

作者 姚丰 何杞鑫 方邵华 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2005年第11期53-56,共4页

介绍了一种新型的低压功率MOSFET结构——Trench MOSFET。将其与常规VDMOS通过在 结构参数、电性能参数上的比较和分析,最终肯定了Trench MOSFET结构的优点。

关键词 垂直双扩散型金属氧化物半导体 沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管 器件仿真 导通电阻

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屏蔽栅结构射频功率VDMOSFET研制 被引量：1

8

作者 李飞 刘英坤 +2 位作者 邓建国 胡顺欣 孙艳玲 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期199-202,共4页

在台栅垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOSFET)的结构基础上,利用常规硅工艺技术,研制出了一种具有屏蔽栅结构的射频功率VDMOSFET器件,在多晶硅栅电极与漏极漂移区之间的氧化层中间加入了多晶硅屏蔽层,大幅度降低了器件的... 在台栅垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管(VDMOSFET)的结构基础上,利用常规硅工艺技术,研制出了一种具有屏蔽栅结构的射频功率VDMOSFET器件,在多晶硅栅电极与漏极漂移区之间的氧化层中间加入了多晶硅屏蔽层,大幅度降低了器件的栅漏电容Cgd。研制出的屏蔽栅结构VDMOSFET器件的总栅宽为6 cm、漏源击穿电压为57 V、漏极电流为4.3 A、阈值电压为3.0 V、跨导为1.2 S,与结构尺寸相同、直流参数相近的台栅结构VDMOSFET器件相比,屏蔽栅结构VDMOSFET器件的栅漏电容降低了72%以上,器件在175 MHz、12 V的工作条件下,连续波输出功率为8.4 W、漏极效率为70%、功率增益为10 dB。 展开更多

关键词 射频垂直双扩散金属-氧化物-半导体场效应晶体管 栅漏电容 栅屏蔽层 台栅结构 屏蔽栅结构

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尺寸缩小对沟槽MOSFET性能的影响 被引量：2

9

作者 陈开宇 刘佩林 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第8期680-682,共3页

介绍了沟槽MOSFET(TMOS)的器件特性。为获得更小的Rdson(导通电阻)·A(面积)值,讨论了在元胞间距尺寸缩小到1.4μm时,由于制造工艺的局限性以及沟道长度变短、结深变浅后,器件穿通风险加大。提出在不增加掩模版的前提下通过优化工艺... 介绍了沟槽MOSFET(TMOS)的器件特性。为获得更小的Rdson(导通电阻)·A(面积)值,讨论了在元胞间距尺寸缩小到1.4μm时,由于制造工艺的局限性以及沟道长度变短、结深变浅后,器件穿通风险加大。提出在不增加掩模版的前提下通过优化工艺,利用突起式结构以及沟槽式接触技术克服这一潜在风险,最终通过试验验证,得到了高稳定性低导通电阻的低压TMOS。 展开更多

关键词 沟槽金属氧化物半导体场效应晶体管 突起式多晶硅 器件穿通 沟槽式接触 多晶硅去除量

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一种基于门极电压阈值检测的SiC MOSFET结温在线监测方法 被引量：15

10

作者 张擎昊 张品佳 《中国电机工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第18期5742-5750,共9页

碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor,MOSFET)作为第三代功率器件的代表,已被广泛用于小容量高频领域,其可靠性问题备受关注。结温过高是制约SiC MOSFET可靠... 碳化硅(silicon carbide,SiC)金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor,MOSFET)作为第三代功率器件的代表,已被广泛用于小容量高频领域,其可靠性问题备受关注。结温过高是制约SiC MOSFET可靠性的重要因素。然而,碳化硅器件高开关频率增大了动态参数测量的难度和成本。与硅基器件相比,其导通压降和导通电阻等稳态参数对结温的敏感性较低。因此,主流的热敏电参数法无法有效地在线监测结温。已有研究表明:门极阈值电压与结温密切相关,但这种通过门极阈值电压监测结温的方法易受电流震荡影响且测量电路复杂,故监测效果差强人意。为此,文中提出一种新型的基于门极电压阈值检测的SiC MOSFET结温监测方法。首先,理论推导结温与门极阈值电压之间的解析表达式,发现其呈线性关系。其次,提出一种多项式拟合门极阈值电压测量方法,并设计与之匹配的电流采样测量电路。最后,通过基于H桥单相逆变电路的在线监测试验证明该方法的有效性。研究表明:新型结温监测方法具有以下突出优势:1)不易受开关过程震荡的影响,监测精度高;2)测量电路简单可靠,仅用采样电路和滤波器即可,毋需复杂的捕捉电路;3)对采样频率具有一定的容差性。 展开更多

关键词 碳化硅器件 金属–氧化物半导体场效应晶体管 可靠性 在线监测 结温

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6H-和4H-SiC功率VDMOS的比较与分析

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作者 张娟 柴常春 +1 位作者 杨银堂 徐俊平 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2008年第2期133-136,共4页

采用二维器件模拟器ISE TCAD 7.0,对比研究了6H-SiC和4H-SiC VDMOS的基本特性。结果表明,在Vgs为8 V时,4H-SiC VDMOS的漏极电流比6H-SiC高约1.5倍,证实了4H-SiC具有较高的体迁移率,且受准饱和效应的影响较小,因此比6H-SiC器件具有更高... 采用二维器件模拟器ISE TCAD 7.0,对比研究了6H-SiC和4H-SiC VDMOS的基本特性。结果表明,在Vgs为8 V时,4H-SiC VDMOS的漏极电流比6H-SiC高约1.5倍,证实了4H-SiC具有较高的体迁移率,且受准饱和效应的影响较小,因此比6H-SiC器件具有更高的饱和电流密度,而两种器件的阈值电压基本相同,均为7 V左右。对器件开关时间和单位面积损耗的分析表明,4H-SiC比6H-SiC更适合用于VDMOS功率器件。此外,还研究了沟道长度对器件漏极饱和电流的影响,结果表明,随着沟道长度的减小,器件的漏极电流增大。 展开更多

关键词 6H-碳化硅 4H-碳化硅 功率纵向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

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功率MOSFET的研究与进展 被引量：12

12

作者 褚华斌 钟小刚 +2 位作者 吴志伟 戴鼎足 苏祥有 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2011年第5期363-367,413,共6页

器件设计工艺、封装、宽禁带半导体材料和计算机辅助设计4大技术的发展进步使得功率MOSFET的性能指标不断达到新的高度。超级结技术使得高压功率MOSFET的导通电阻大大降低,降低栅极电荷和极间电容的改进沟槽工艺和横向扩散工艺技术进一... 器件设计工艺、封装、宽禁带半导体材料和计算机辅助设计4大技术的发展进步使得功率MOSFET的性能指标不断达到新的高度。超级结技术使得高压功率MOSFET的导通电阻大大降低,降低栅极电荷和极间电容的改进沟槽工艺和横向扩散工艺技术进一步提高了低压功率MOSFET的优值因子,中小功率MOSFET继续朝着单片集成智能功率电子发展。功率MOSFET封装呈现出集成模块化、增强散热性和高可靠性的特点。基于宽禁带半导体材料SiC和GaN的功率MOSFET具有高温、高频和低功耗等优异性能,计算机辅助设计工具引领功率MOSFET在工艺设计、制造和电路系统应用方面快速发展。 展开更多

关键词 功率金属氧化物半导体场效应晶体管 器件设计工艺 智能功率电子 封装 宽禁带半导体材料 计算机辅助设计

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40nm狗骨结构对n-MOSFET的性能影响

13

作者 王磊 周建伟 《半导体技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期203-206,共4页

设计了一组测试结构用来探讨狗骨(dogbone)结构有源区对n-MOSFET性能的影响因素。测试结构和测量数据基于40 nm工艺技术,通过改变狗骨结构有源区的通孔区域到栅极之间的长度(S)来分析对NMOS器件参数如漏端饱和电流、阈值电压和漏电流的... 设计了一组测试结构用来探讨狗骨(dogbone)结构有源区对n-MOSFET性能的影响因素。测试结构和测量数据基于40 nm工艺技术,通过改变狗骨结构有源区的通孔区域到栅极之间的长度(S)来分析对NMOS器件参数如漏端饱和电流、阈值电压和漏电流的影响。实验表明,随着长度S从0.07μm增加到5.02μm,漏端饱和电流和漏电流均先上升后下降,而阈值电压呈单调下降变化趋势。漏端饱和电流和漏电流的趋势表明,狗骨结构有源区主要受到两个因素影响,即沿沟道长度方向的STI应力效应和源极/漏极电阻效应,而源极/漏极电阻效应对S较大的狗骨结构有源区影响更为显著。 展开更多

关键词 浅沟槽隔离 狗骨结构 源极 漏极电阻 器件性能 金属氧化物半导体场效应晶体管

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Si/SiC超结LDMOSFET的短路和温度特性

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作者 阳治雄 曾荣周 +2 位作者 吴振珲 廖淋圆 李中启 《半导体技术》 北大核心 2023年第12期1071-1076,共6页

Si/SiC超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET)能有效改善Si SJ-LDMOSFET阻断电压低、温度特性差和短路可靠性低的问题。采用TCAD软件对Si SJ-LDMOSFET和Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路和温度特性进行研究。当环境温度从300 K... Si/SiC超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET)能有效改善Si SJ-LDMOSFET阻断电压低、温度特性差和短路可靠性低的问题。采用TCAD软件对Si SJ-LDMOSFET和Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路和温度特性进行研究。当环境温度从300 K上升到400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度均低于Si SJ-LDMOSFET,表现出良好的抑制自热效应的能力;Si/SiC SJ-LDMOSFET的击穿电压基本保持不变,且饱和电流退化率较低。发生短路时,Si/SiC SJ-LDMOSFET内部最高温度上升率要明显小于Si SJ-LDMOSFET。在环境温度为300 K和400 K时,Si/SiC SJ-LDMOSFET的短路维持时间相对于Si SJ-LDMOSFET分别增加了230%和266.7%。研究结果显示Si/SiC SJ-LDMOSFET在高温下具有更好的温度稳定性和抗短路能力,适用于高温、高压和高短路可靠性要求的环境中。 展开更多

关键词 超结横向双扩散金属氧化物半导体场效应管(SJ-LDMOSFET) Si/SiC异质结 击穿 短路 温度稳定性

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编者按

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《电工电能新技术》 CSCD 北大核心 2015年第9期1-16,28,共17页

20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT（亦称GTR）刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输... 20世纪80年代开始,半导体功率器件获得了突飞猛进的发展,继双极晶体管BJT（亦称GTR）刷新了之前的晶闸管SCR之后,金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET、绝缘栅双极型晶体管IGBT等快速功率开关器件又相继登场,而后又出现了具有强功率输出能力的门极可关断晶闸管GTO、集成门极换相晶闸管IGCT乃至静电感应晶体管SIT、静电感应晶闸管SITH。半导体功率器件的快速发展推动了电力电子变换技术及其产业应用领域的迅速壮大,如今,生产、生活、医疗卫生、交通运输、 展开更多

关键词 金属氧化物半导体场效应晶体管 门极可关断晶闸管 半导体功率器件 绝缘栅双极型晶体管 静电感应晶体管 静电感应晶闸管 编者 MOSFET

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