《功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化機理及壽命模型研究》是依託東南大學，由孫偉鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化機理及壽命模型研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：孫偉鋒
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
功率SOI-LIGBT器件具有高輸入阻抗、低導通電阻及全介質隔離等優點，將在More than Moore的半導體技術發展方向上發揮重要作用。近年來，功率SOI-LIGBT器件的電學性能已大幅提升，但以熱載流子效應為代表的可靠性問題卻依然非常嚴重。由於SOI-LIGBT器件存在相互影響的電子和空穴兩種導電載流子，故其熱載流子效應複雜，內在機理不明確，器件壽命模型缺失。本項目將在課題組前期對靜態應力下SOI-LIGBT器件熱載流子退化機理的研究基礎上，深入研究不同器件結構參數、不同動態應力、關態陽極灌電流應力及環境溫度等因素對功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化的影響並揭示其內在機理；在此基礎上，建立一套完整的功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化壽命模型，預測其工作壽命。本項目的研究將為研製新型的長壽命功率SOI-LIGBT器件及相關功率積體電路提供理論指導。
結題摘要
功率SOI-LIGBT器件具有高輸入阻抗、低導通電阻及全介質隔離等優點，將在More than Moore的半導體技術發展方向上發揮重要作用。近年來，功率SOI-LIGBT器件的電學性能已大幅提升，但以熱載流子效應為代表的可靠性問題卻依然非常嚴重。本項目深入研究了不同器件結構參數、不同動態應力、關態陽極灌電流應力及環境溫度等因素對功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化的影響並揭示其內在機理，進而建立了一套完整的功率SOI-LIGBT器件熱載流子退化壽命模型。本項目的執行為研製新型長壽命功率SOI-LIGBT器件及相關功率積體電路奠定了理論基礎。 項目執行過程中，已發表相關SCI論文24篇，授權中國發明專利2項，申請中國發明專利21項；此外，本項目的研究成果已作為重要內容榮獲2013年教育部技術發明一等獎和2014年中國半導體創新產品和技術獎。本項目的主要研究結論如下： 1、發現功率SOI-LIGBT器件在熱載流子應力下的主要退化機理為熱空穴注入鳥嘴區的氧化層，且增加器件有效溝道長度、增加有效漂移區長度、增加柵極金屬場板的長度以及增加陽極區域n-buffer緩衝層結構均可以有效減小器件鳥嘴區的電場強度，降低該區域碰撞電離發生機率，從而減小器件熱載流子退化程度，提高器件的熱載流子壽命； 2、動態應力下的SOI-LIGBT器件熱載流子退化與脈衝下降沿的變化率有關，當脈衝下降沿的變化率較小時，邊沿階段的退化機理與靜態高電平應力階段類似，均由氧化層界面的界面態產生所主導；而當脈衝下降沿的變化率很大時，邊沿應力階段存在瞬態加速退化現象，導致器件導通電阻不斷增加； 3、研究發現，關態灌電流應力後SOI-LIGBT器件的電流能力在不斷增加，與Isub,max應力下相反的退化趨勢，這是由於其退化機理為柵金屬場板末端的空穴注入所致；此外，由於柵金屬末端是器件的關態擊穿點，應力導致此區域電場增大，因此器件關態擊穿電壓會隨著應力時間減小； 4、針對環境溫度對SOI-LIGBT器件性能參數退化的影響研究發現：溫度升高導致Isub,max應力下器件體內電流增加，進而使鳥嘴區的碰撞電離率增強以及界面態產生量增多，最終導致器件飽和驅動電流和導通電阻的退化加劇； 5、以陽極電壓加速模型為基礎，建立了SOI-LIGBT器件的飽和電流、導通電阻和閾值電壓的壽命預測模型，驗證結果顯示各性能參數的壽命預測
