SOI LDMOS的電學(xué)和熱學(xué)安全工作區(qū)研究.pdf

1、隨著功率集成電路的集成度不斷提高，器件的熱失效問題日益嚴(yán)重，考衡器件可靠性的安全工作區(qū)已經(jīng)成為優(yōu)化器件設(shè)計的一個非常重要的因素。橫向變厚度(Varied Lateral Thickness，VLT)技術(shù)是最近提出的一種新耐壓技術(shù)，可以獲得擊穿電壓和導(dǎo)通電阻的良好折衷，但是基于該技術(shù)的功率器件的安全工作區(qū)問題卻尚未有人研究。本文借助通用二維半導(dǎo)體器件仿真軟件Silvaco，對橫向變厚度SOI LDMOS在不同工作條件下的安全工作區(qū)進(jìn)行了深

2、入研究，其主要工作如下:
　　1.器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。首先借助Silvaco研究了常規(guī)RESURF結(jié)構(gòu)和VLT結(jié)構(gòu)的耐壓特性，通過對源區(qū)硅厚度、漏區(qū)硅厚度、埋氧層厚度、漂移區(qū)摻雜濃度以及漂移區(qū)長度進(jìn)行優(yōu)化，以獲得最高的擊穿電壓。而后，對兩種結(jié)構(gòu)的基本特性進(jìn)行了仿真，包括閾值電壓、亞閾值特性、I V?輸出特性以及導(dǎo)通南阻等。研究表明，VLT結(jié)構(gòu)的擊穿電壓更高、工作電流、導(dǎo)通電阻更小以及亞閾值斜率更陡直。
　　2.靜態(tài)南安全工作

3、區(qū)南南。在不考慮環(huán)境溫度的影響以及器件的自熱效應(yīng)的條件下，利用Silvaco對于上述兩種優(yōu)化結(jié)構(gòu)的直流穩(wěn)態(tài)輸出特性曲線進(jìn)行了模擬，并提取靜態(tài)南安全工作區(qū)。結(jié)果表明，VLT結(jié)構(gòu)能夠有效消除飽和狀態(tài)的Kink效應(yīng)，因此具有較好的安全工作區(qū)，更適合于電功率應(yīng)用。
　　3.靜態(tài)熱安全工作區(qū)研究。利用Silvaco研究了考慮電熱耦合效應(yīng)條件下的靜態(tài)熱安全工作區(qū)，分析了環(huán)境溫度對器件靜態(tài)熱安全工作區(qū)的影響。研究表明，兩種結(jié)構(gòu)的輸出特性曲線均出

4、現(xiàn)了明顯的回折現(xiàn)象，并且兩種結(jié)構(gòu)的靜態(tài)熱安全工作區(qū)均隨著環(huán)境溫度的升高而縮小，但VLT結(jié)構(gòu)能夠有效抑制負(fù)阻現(xiàn)象并且減弱了自熱效應(yīng)，因此，安全工作區(qū)更南。
　　4.動態(tài)熱安全工作區(qū)研究。利用仿真軟件Silvaco研究了兩種結(jié)構(gòu)脈沖偏置條件下的動態(tài)熱安全工作區(qū)，分析了環(huán)境溫度和脈沖寬度這兩個因素對器件動態(tài)熱安全工作區(qū)的影響。研究表明，兩種結(jié)構(gòu)的輸出特性曲線均無明顯的回折現(xiàn)象，并且動態(tài)熱安全工作區(qū)均隨著環(huán)境溫度的升高而縮小，但常規(guī)RES