高壓應(yīng)力下功率SOI-LIGBT器件性能參數(shù)退化研究.pdf

1、絕緣體上硅橫向絕緣柵雙極型晶體管(SOI-LIGBT)集合了SOI結(jié)構(gòu)全介質(zhì)隔離、高耐壓和LIGBT器件高驅(qū)動(dòng)能力、低導(dǎo)通電阻的優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于新一代平板顯示驅(qū)動(dòng)芯片、電源管理芯片等諸多功率集成領(lǐng)域。然而，功率集成芯片要求SOI-LIGBT應(yīng)用于高壓環(huán)境，隨之而來的強(qiáng)電場和大電流導(dǎo)致了嚴(yán)重的器件損傷和性能參數(shù)退化。因此，有必要對(duì)高壓應(yīng)力下SOI-LIGBT器件的損傷退化機(jī)理展開深入研究。
　　本文基于Sentaurus TC

2、AD仿真平臺(tái)和I/V退化測試系統(tǒng)，首先研究了SOI-LIGBT器件在開態(tài)高壓應(yīng)力和關(guān)態(tài)高壓應(yīng)力下的性能參數(shù)退化機(jī)理，研究結(jié)果表明開態(tài)和關(guān)態(tài)高壓應(yīng)力條件引起的器件性能參數(shù)退化速率相近，而前者在實(shí)際應(yīng)用中更為普遍，因此成為SOI-LIGBT器件性能參數(shù)退化的主要來源。其次，研究了器件結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)開態(tài)高壓應(yīng)力下器件性能參數(shù)退化的影響，結(jié)果表明:增加器件溝道長度和漂移區(qū)長度或增長N-buffer緩沖層均可提高SOI-LIGBT器件的可靠性。隨后，

3、研究了環(huán)境溫度對(duì)器件性能參數(shù)退化的影響，研究發(fā)現(xiàn)，溫度升高會(huì)使器件閾值電壓降低、電流密度增加，進(jìn)而導(dǎo)致性能參數(shù)退化加重。接著，基于上述器件性能參數(shù)退化機(jī)理，建立了SOI-LIGBT器件的飽和電流、導(dǎo)通電阻和閾值電壓的壽命預(yù)測模型，并進(jìn)行了仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后在模型基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了階梯柵氧結(jié)構(gòu)和階梯多晶硅結(jié)構(gòu)兩種具有低性能參數(shù)退化率的新型器件。
　　驗(yàn)證結(jié)果顯示，各性能參數(shù)的壽命預(yù)測模型相對(duì)誤差均小于5％。提出的階梯柵氧結(jié)構(gòu)和階梯多晶