超結(jié)器件的模型研究及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、功率MOSFET應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，是中小功率領(lǐng)域內(nèi)主流的功率半導(dǎo)體開關(guān)器件，也是 DC-DC轉(zhuǎn)換的核心電子器件，它占據(jù)著分立功率半導(dǎo)體器件市場的最大份額?；陔姾裳a償原理的超結(jié)功率 MOSFET，比傳統(tǒng)的 MOSFET具有更低的比導(dǎo)通電阻。盡管超結(jié)MOSFET本身存在著工藝難度大、體二極管反向恢復(fù)能力差等主要缺點，但新結(jié)構(gòu)新思想的引入在一定程度上緩和了這些問題。超結(jié)MOSFET及其理論的深入研究與完善對功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展至關(guān)重要。

2、　　本文通過建立超結(jié)MOSFET及半超結(jié)MOSFET的二維解析模型，研究了它們的比導(dǎo)通電阻與擊穿電壓的關(guān)系，解釋了器件的擊穿機理，分析了超結(jié)柱的電荷非平衡對擊穿電壓的影響等問題。作為比較，本文還研究了傳統(tǒng) VDMOSFET耐壓層中常采用的非穿通型與穿通型的平行平面結(jié)的更準確的設(shè)計表達式。本文的主要創(chuàng)新工作為：
　　1．考慮更準確的碰撞電離率的模型，基于數(shù)值計算的方法，提出了非穿通型與穿通型平行平面結(jié)基于Chynoweth方法的新的

3、設(shè)計表達式。由于在考慮碰撞電離率與電場的關(guān)系時使用了更準確的Chynoweth模型，該設(shè)計表達式比傳統(tǒng)方法利用Fulop模型得到的設(shè)計表達式更接近MEDICI器件仿真結(jié)果。作為功率器件設(shè)計的基礎(chǔ)，本文得到的關(guān)于非穿通型與穿通型的平行平面結(jié)的表達式為器件設(shè)計人員對器件的耐壓以及終端設(shè)計的參數(shù)提供了更準確的初步估算。
　　2．提出了對稱平衡的超結(jié)MOSFET的二維電場分布，解釋了超結(jié)的柱摻雜濃度與柱深度對耐壓機制的影響。研究發(fā)現(xiàn)，當耐

4、壓區(qū)不完全耗盡時，沿著幾條特殊的電場線的電離率積分同時達到1是對稱平衡的超結(jié)器件取得最小比導(dǎo)通電阻的條件，即比導(dǎo)通電阻的最優(yōu)化設(shè)計。對于擊穿電壓大于600 V的設(shè)計，與過去文獻中準優(yōu)化設(shè)計的結(jié)果相比，其最小比導(dǎo)通電阻可降低超過13％。該工作引入Catalan常數(shù)，給出縱向電場分布及過P柱與N柱交界面中心點的電場分布的近似指數(shù)分布，并從理論上驗證了過去文獻中僅用仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)的結(jié)論。
　　3．基于電荷疊加方法和格林函數(shù)方法，提出了半超