LDMOS渐变沟道电流分析与建模研究

论文摘要

功率半导体和功率集成电路是微电子技术中极其重要的方面。横向功率器件LDMOS工艺简单,性能稳定,被广泛应用于高压集成电路（HVIC）和功率集成电路（PIC）中,如移动通信、功率电源以及汽车电子等领域。LDMOS采用双扩散技术,沟道长度由两次杂质扩散的横向结深之差决定,沟道杂质横向渐变分布。横向渐变沟道增强了电流的驱动能力,使跨导gm和电容CGD产生尖峰,建立准确的LDMOS横向渐变沟道模型是建立LDMOS模型的前提,具有十分重要的现实意义。本文首先基于二维器件仿真软件MEDICI建立了低耐压LDMOS模型并验证了模型的准确性,该模型将为随后推导的LDMOS沟道电势及电流模型提供参考。为了描述横向渐变沟道器件的电势特性,本文根据LDMOS沟道形成工艺,假设沟道杂质横向指数分布,将与沟道位置y相关的参数带入均匀掺杂沟道的表面势方程,并引入了横向渐变沟道内建电场Vbi（y）,建立了适用于横向渐变沟道的表面势方程。仿真结果表明改进的表面势方程能够正确反映出表面电势在不同掺杂浓度梯度KNa下随VGS的变化趋势。基于MEDICI建立的低耐压LDMOS模型,分析LDMOS沟道与漂移区连接点的电势VK。推导了横向渐变沟道器件薄层电荷模型,在模型推导时考虑了由于沟道各点体费米势不同而在沟道y方向产生的新横向电场。最后对表面与体内的电势差V’cb作了近似,使得反型层电荷可以表示成表面势ΦS的函数,从而积分获得解析的I-V表达式。经验证,模型在不同的沟道长度L,氧化层厚度tox以及杂质掺杂浓度梯度KNa下都与MEDICI仿真曲线拟合良好。该模型除了可以用于计算LDMOS沟道电流,还可以用作仿真横向沟道工程的深亚微米器件建模。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文背景和研究意义
• 1.2 LDMOS模型发展状况
• 1.3 论文工作内容和章节安排
• 第二章 LDMOS及其模型研究发展
• 2.1 LDMOS的结构工艺及耐压原理
• 2.1.1 LDMOS的基本结构
• 2.1.2 LDMOS工艺流程
• 2.1.3 LDMOS的耐压原理
• 2.2 LDMOS渐变沟道模型
• 2.2.1 数值方法应用薄层电荷模型
• 2.2.2 基于EKV模型的横向非均匀掺杂沟道模型
• 2.2.3 MM20沟道非均匀掺杂模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 LDMOS渐变沟道MEDICI仿真
• 3.1 二维器件仿真软件MEDICI
• 3.2 LDMOS渐变沟道器件模型
• 3.2.1 横向渐变沟道与均匀掺杂沟道器件描述
• 3.2.2 仿真结果对比与分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 LDMOS横向渐变沟道表面势模型
• 4.1 沟道杂质分布函数
• bi'>4.2 内建电场V_bi
• 4.3 横向渐变沟道表面势方程
• 4.4 本章小结
• 第五章 基于表面势的LDMOS横向渐变沟道电流模型
• K电势分析'>5.1 基于表面势的V_K电势分析
• 5.1.1 LDMOS二维仿真器件模型
• K随V_GS、V_DS变化的趋势'>5.1.2 V_K随V_GS、V_DS变化的趋势
• 5.2 基于表面势的渐变沟道电流模型推导
• 5.2.1 LDMOS沟道薄层电荷模型
• 5.2.2 LDMOS渐变沟道电流模型
• 5.2.3 迁移率模型
• 5.3 模型验证
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 答辩委员会对论文的评定意见