SOI-LDMOS器件的结构设计

论文摘要

射频（RF）电路的应用越来越多,以横向双扩散金属-氧化物场效应晶体管（LDMOS）技术为基础的功率晶体管作为RF电路的重要组成部分,在整个RF电路中起着重要的作用。体硅技术的LDMOS具有随着漏电压变化而且较高的输出电容,这会降低功率效率和增益,尤其会使输出匹配的设计更困难。绝缘体上硅的横向双扩散金属-氧化物场效应晶体管（SOI-LDMOS）不仅具有良好的绝缘性能、较小的寄生电容和泄露电流,提高功率增益和耐高温操作性能,而且工艺与SOI-CMOS工艺兼容,相对体硅LDMOS工艺更加简单。本文采用ISE二维器件仿真软件对SOI-LDMOS器件进行电学性能仿真,并与普通LDMOS结构进行比较,SOI-LDMOS结构呈现出良好的性能:良好的输出特性,较小的寄生电容等。针对SOI-LDMOS射频应用中严重的自热效应和浮体效应,采用图形化SOI-LDMOS结构,该结构保留了SOI-LDMOS优势的同时消除了部分负面影响。对图形化SOI-LDMOS的跨导特性进行研究,为提高器件的跨导提供了依据。并采用多种方法改进其电容特性。本文建立了SOI高压器件的耐压模型,给出了击穿判据,为了使SOI功率器件具有较高的击穿电压,介绍了场板结构、降低表面电场（RESURF）结构等多种耐压结构。SOI-LDMOS应用于RF功率放大器时,都在某一特定频率下工作。为了保证电路不会因为器件截止而导致整个电路在高频状态下失效,器件必须具有高截止频率。本文介绍了一些结构工艺参数对截止频率的影响,给出了结构参数随截止频率变化的参考图示,为提高器件的频率特性提供了依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 硅集成电路技术发展概况及存在的问题
• 1.2 SOI 技术的发展
• 1.3 本论文的工作
• 第二章 SOI-LDMOS 的击穿特性
• 2.1 SOI 高压器件的耐压模型
• 2.1.1 漂移区完全耗尽
• 2.1.2 漂移区不完全耗尽
• 2.1.3 均匀掺杂漂移区全域耐压模型
• 2.2 SOI 高压器件的击穿判据
• 2.2.1 全耗尽判据
• 2.2.2 体内击穿判据
• 2.3 SOI 功率器件的耐压结构
• 2.3.1 RESURF 原理的应用
• 2.3.2 电阻场板的应用
• 2.3.3 台阶状埋氧化层
• 2.3.4 各种耐压结构的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 图形化 SOI-LDMOS 电容特性的改进
• 3.1 图形化SOI-LDMOS 的特点
• 3.2 电容特性研究
• 3.2.1 LDMOS 电容的特性
• 3.2.2 SOI-LDMOS 与LDMOS 的电容比较
• 3.3 图形化SOI-LDMOS 电容特性的改进
• 3.3.1 Step ldd 结构
• 3.3.2 层叠ldd 结构
• 3.3.3 鸟嘴结构
• 3.4 本章小结
• 第四章 SOI-LDMOS 的频率特性研究
• 4.1 图形化SOI-LDMOS 跨导特性
• 4.1.1 栅氧化层厚度的影响
• 4.1.2 漂移区浓度的影响
• 4.1.3 沟道浓度的影响
• 4.1.4 SOI 层厚度的影响
• 4.2 SOI-LDMOS 的截止频率
• 4.2.1 截止频率的提取方法
• 4.2.2 结构工艺参数的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 SOI 器件特有物理问题的研究
• 5.1 自加热效应
• 5.2 器件参数对自加热效应的影响
• 5.3 浮体效应
• 5.4 器件参数对浮体效应的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 SOI 器件的若干应用
• 第七章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果