《結型場板橫向功率器件機理與新結構研究》是依託電子科技大學,由羅小蓉擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：結型場板橫向功率器件機理與新結構研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：羅小蓉
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
功率器件的關鍵是實現高壓BV和低比導通電阻Ron，但Ron隨BV的2.5次方增加。為此，進行以下創新研究：1.提出結型場板橫向功率器件新結構，揭示其提高BV和降低Ron的機理。結型場板突破金屬場板和電阻場板提升耐壓的極限，且顯著降低Ron。該技術普適於橫向和縱向功率器件。器件機理：① 橫向變摻雜的結型場板內電場均勻分布，其耦合作用使器件漂移區電場橫向趨於均勻，提高BV；②結型場板(的P區)對N漂移區縱向耗盡，降低Ron，並增強縱向電場；③結型場板的結勢壘克服電阻場板泄漏電流高的缺陷。④P襯底中的N埋層調製高、低壓兩端的體電場，擴展襯底耗盡區，改善BV。相比常規LDMOS，BV提高40%且Ron降低30%。2.基於結型場板的二維電場調製效應，求解特殊邊界條件的泊松方程，建立結型場板功率器件的耐壓解析模型，為結型場板器件提供普適的設計指導。3.研製結型場板LDMOS。項目具有創新性和實用價值。
結題摘要
兼具高擊穿電壓 （Breakdown Voltage， BV） 和低比導通電阻（Specific On-Resistance，Ron,sp）是功率MOSFET器件研究的熱點科學問題，然而，存在困擾業界的Ron,sp∝BV 2.5的“矽極限”關係。為此，本項目從器件新結構，模型以及工藝實現等幾個方面展開研究，成果突破了“矽極限”。本項目已經實現了預期目標，完全達到技術指標。取得的創新成果如下： (1) 提出系列結型場板橫向功率器件新結構，揭示其提高BV和降低Ron,sp的機理。新器件表面引入由PN結組成的結型場板結構，該結型場板結構不僅提升耐壓，且顯著降低Ron,sp。機理如下：① 橫向變摻雜的結型場板內電場均勻分布，其耦合作用使器件漂移區電場橫向趨於均勻，提高BV；② 結型場板中的P區對N漂移區（針對N溝道LDMOS）縱向輔助耗盡，提高漂移區摻雜濃度以降低Ron,sp；③ 結型場板的結勢壘克服電阻場板泄漏電流高的缺陷。 (2) 建立了結型場板功率器件的耐壓解析模型，為結型場板功率器件提供普適的設計指導，也為功率MOS器件設計提供了新的設計思路。 (3) 研製了具有結型場板的LDMOS樣品，項目具有創新性和實用價值。研製的P溝道具有結型場板pLDMOS （JFP-PFL pLDMOS）樣品耐壓達到527V，比導通電阻值為323.7mΩ·cm2，比常規pLDMOS器件的耐壓提高了41.7%且比導通電阻降低了57.8%。研製的N溝道具有結型場板的LDMOS樣品耐壓達到580V，而相同漂移區濃度下的常規LDMOS器件耐壓僅為80V。實驗結果驗證了新器件的工作機理。 (4) 以該項目研究成果為主要支撐內容獲得教育部自然科學二等獎和四川省科學技術進步獎一等獎；發表論文28篇（SCI檢索共20篇，全部EI檢索），含領域頂級期刊IEEE Electron Device Lett.（EDL）和IEEE Trans. on Electron Device（TED）論文10篇，在功率半導體領域頂級會議ISPSD發表6篇；獲授權美國專利1項、授權中國發明專利9項，已受理中國發明專利申請12項。 全部達到了預期目標。
