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具有半绝缘多晶硅完全三维超结横向功率器件

物理学报 2015年第18期64卷 425-431页

作者：曹震段宝兴袁小宁杨银堂西安电子科技大学微电子学院、宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

为了突破传统LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5次方关系,降低LDMOS器件的功率损耗,提高功率集成电路的功率驱动能力,提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS(semi-insulating poly silicon)覆盖... 详细信息

为了突破传统LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)器件击穿电压与比导通电阻的硅极限的2.5次方关系,降低LDMOS器件的功率损耗,提高功率集成电路的功率驱动能力,提出了一种具有半绝缘多晶硅SIPOS(semi-insulating poly silicon)覆盖的完全3 D-RESURF(three-dimensional reduced surface field)新型super junction-LDMOS结构(SIPOS SJ-LDMOS).这种结构利用SIPOS的电场调制作用使SJ-LDMOS的表面电场分布均匀,将器件单位长度的耐压量提高到19.4 V/μm;覆盖于漂移区表面的SIPOS使SJ-LDMOS沿三维方向均受到电场调制,实现了LDMOS的完全3 D-RESURF效应,使更高浓度的漂移区完全耗尽而达到高的击穿电压;当器件开态工作时,覆盖于薄场氧化层表面的SIPOS的电场作用使SJ-LDMOS的漂移区表面形成多数载流子积累,器件比导通电阻降低.利用器件仿真软件ISE分析获得,当SIPOS SJ-LDMOS的击穿电压为388 V时,比导通电阻为20.87 mΩ.cm^2,相同结构参数条件下,N-buffer SJ-LDMOS的击穿电压为287 V,比导通电阻为31.14 mΩ.cm^2;一般SJ-LDMOS的击穿电压仅为180 V,比导通电阻为71.82 mΩ.cm^2.

关键词： super junction 半绝缘多晶硅击穿电压比导通电阻

阶梯AlGaN外延新型Al_(0.25)Ga_(0.75)N/GaNHEMTs击穿特性分析

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物理学报 2014年第5期63卷 360-365页

作者：段宝兴杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

为了优化AlGaN/GaN HEMTs器件表面电场,提高击穿电压,本文首次提出了一种新型阶梯AlGaN/GaN HEMTs结构.新结构利用AlGaN/GaN异质结形成的2DEG浓度随外延AlGaN层厚度降低而减小的规律,通过减薄靠近栅边缘外延的AlGaN层,使沟道2DEG浓度分... 详细信息

为了优化AlGaN/GaN HEMTs器件表面电场,提高击穿电压,本文首次提出了一种新型阶梯AlGaN/GaN HEMTs结构.新结构利用AlGaN/GaN异质结形成的2DEG浓度随外延AlGaN层厚度降低而减小的规律,通过减薄靠近栅边缘外延的AlGaN层,使沟道2DEG浓度分区,形成栅边缘低浓度2DEG区,低的2DEG使阶梯AlGaN交界出现新的电场峰,新电场峰的出现有效降低了栅边缘的高峰电场,优化了AlGaN/GaN HEMTs器件的表面电场分布,使器件击穿电压从传统结构的446 V,提高到新结构的640 V.为了获得与实际测试结果一致的击穿曲线,本文在GaN缓冲层中设定了一定浓度的受主型缺陷,通过仿真分析验证了国际上外延GaN缓冲层时掺入受主型离子的原因,并通过仿真分析获得了与实际测试结果一致的击穿曲线.

关键词： AlGaN GaN 表面电场击穿电压异质结

新型缓冲层分区电场调制横向双扩散超结功率器件

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物理学报 2014年第24期63卷 295-300页

作者：段宝兴曹震袁嵩袁小宁杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

为了突破传统横向双扩散金属-氧化物-半导体器件(lateral double-diffused MOSFET)击穿电压与比导通电阻的极限关系,本文在缓冲层横向双扩散超结功率器件(super junction LDMOS-SJ LDMOS)结构基础上,提出了具有缓冲层分区新型SJ-LDMOS结... 详细信息

为了突破传统横向双扩散金属-氧化物-半导体器件(lateral double-diffused MOSFET)击穿电压与比导通电阻的极限关系,本文在缓冲层横向双扩散超结功率器件(super junction LDMOS-SJ LDMOS)结构基础上,提出了具有缓冲层分区新型SJ-LDMOS结构.新结构利用电场调制效应将分区缓冲层产生的电场峰引入超结(super junction)表面而优化了SJ-LDMOS的表面电场分布,缓解了横向LDMOS器件由于受纵向电场影响使横向电场分布不均匀、横向单位耐压量低的问题.利用仿真分析软件ISE分析表明,优化条件下,当缓冲层分区为3时,提出的缓冲层分区SJ-LDMOS表面电场最优,击穿电压达到饱和时较一般LDMOS结构提高了50%左右,较缓冲层SJ-LDMOS结构提高了32%左右,横向单位耐压量达到18.48 V/μm.击穿电压为382 V的缓冲层分区SJ-LDMOS,比导通电阻为25.6 mΩ·cm2,突破了一般LDMOS击穿电压为254 V时比导通电阻为71.8 mΩ·cm2的极限关系.

关键词：横向双扩散金属氧化物半导体器件超结击穿电压比导通电阻

具有P型覆盖层新型超级结横向双扩散功率器件

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物理学报 2015年第16期64卷 377-383页

作者：李春来段宝兴马剑冲袁嵩杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

为了设计功率集成电路所需要的低功耗横向双扩散金属氧化物半导体器件(lateral double-diffused MOSFET),在已有的N型缓冲层超级结LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构基础上,提出了一种具有P型覆盖层新型超级结LDMOS结构(P-covered-SJ-LDMO... 详细信息

为了设计功率集成电路所需要的低功耗横向双扩散金属氧化物半导体器件(lateral double-diffused MOSFET),在已有的N型缓冲层超级结LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构基础上,提出了一种具有P型覆盖层新型超级结LDMOS结构(P-covered-SJ-LDMOS).这种结构不但能够消除传统的N沟道SJ-LDMOS由于P型衬底产生的衬底辅助耗尽问题,使得超级结层的N区和P区的电荷完全补偿,而且还能利用覆盖层的电荷补偿作用,提高N型缓冲层浓度,从而降低了器件的比导通电阻.利用三维仿真软件ISE分析表明,在漂移区长度均为10μm的情况下,P-covered-SJ-LDMOS的比导通电阻较一般SJ-LDMOS结构降低了59%左右,较文献提出的N型缓冲层SJ-LDMOS(N-buffered-SJ-LDMOS)结构降低了43%左右.

关键词：横向双扩散金属氧化物半导体器件超级结比导通电阻 P型覆盖层

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无机纳米复合聚酰亚胺热激电流研究

无机纳米复合聚酰亚胺热激电流研究

作者：段宝兴哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

聚合物在电气、电子绝缘中的应用极为广泛,无机纳米复合聚酰亚胺具有良好的耐电晕性能,作为一种新型的绝缘材料已经在一些领域内获得应用。虽然其具体的耐电晕机理目前还不太清楚,但可以肯定纳米粒子与聚酰亚胺的复合界面起到了关键作用... 详细信息

聚合物在电气、电子绝缘中的应用极为广泛,无机纳米复合聚酰亚胺具有良好的耐电晕性能,作为一种新型的绝缘材料已经在一些领域内获得应用。虽然其具体的耐电晕机理目前还不太清楚,但可以肯定纳米粒子与聚酰亚胺的复合界面起到了关键作用,它们复合后形成的界面态及局部缺陷将影响材料中载流子的迁移路径和输运特性,这些界面态、局部缺陷及其所控制的空间电荷将对该纳米复合材料的极化、电导、短时及长时的击穿带来巨大的影响。热激电流(TSC)是研究聚合物分子中的陷阱结构和它所控制的空间电荷的存贮和输运特性的重要实验工具。本文首先对传统热发光和热激电流测量装置进行了完善,增加了电子束注入极化和高压汞灯辐照激发装置,使测量装置具有了高电压极化、高压汞灯辐照激发、电子束注入极化多激发源,能对样品进行更详细地分析;再利用TSC法测量了经过高电压极化后纳米复合和没有经过复合的聚酰亚胺样品、纳米杂化的样品在不同的热处理温度后的TSC曲线。对曲线分析,得出了样品的活化能、频率因子、动力学级等参数;并应用电子束注入极化法测量了样品经过电子束注入极化后的TSC曲线。分析了曲线中包含的反映样品结构的相关信息。得出了一些重要的结论。

关键词：聚酰亚胺热激电流纳米复合热处理

具有N型缓冲层REBULF Super Junction LDMOS

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物理学报 2014年第22期63卷 283-288页

作者：段宝兴曹震袁小宁杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

针对功率集成电路对低损耗LDMOS(lateral double-diffused MOSFET)类器件的要求,在N型缓冲层super junction LDMOS(buffered SJ-LDMOS)结构基础上,提出了一种具有N型缓冲层的REBULF(reduced BULk field)super junction LDMOS结构.这种结构不但消除了N沟道SJ-LDMOS由于P型衬底带来的衬底辅助耗尽效应问题,使super junction的N区和P区电荷完全补偿,而且同时利用REBULF的部分N型缓冲层电场调制效应,在表面电场分布中引入新的电场峰而使横向表面电场分布均匀,提高了器件的击穿电压.通过优化部分N型埋层的位置和参数,利用仿真软件ISE分析表明,新型REBULF SJ-LDMOS的击穿电压较一般LDMOS提高了49%左右,较文献提出的buffered SJ-LDMOS结构提高了30%左右.

关键词：击穿电压表面电场

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埋空隙PSOI结构的耐压分析

Journal of Semiconductors 2005年第9期26卷 1818-1822页

作者：段宝兴张波李肇基罗小蓉电子科技大学IC设计中心成都610054

提出了一种埋空隙PSOI(APSOI)RESURF器件结构,此结构利用空隙相对低的介电系数,在器件纵向突破了传统SiO2埋层的耐压关系,提高了击穿电压;硅窗口的存在缓解了有源区的自热效应;不同衬底的场调制作用进一步优化了表面电场分布.在相同击... 详细信息

提出了一种埋空隙PSOI(APSOI)RESURF器件结构,此结构利用空隙相对低的介电系数,在器件纵向突破了传统SiO2埋层的耐压关系,提高了击穿电压;硅窗口的存在缓解了有源区的自热效应;不同衬底的场调制作用进一步优化了表面电场分布.在相同击穿电压条件下,此结构较一般PSOI结构只需1/4厚度的埋层,当漂移区厚度和埋层厚度均为2μm时可获得600V以上的击穿电压.

关键词： RESURF结构 APSOI 自热效应表面电场击穿电压

新型载流子积累的逆导型横向绝缘栅双极晶体管

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物理学报 2024年第15期73卷 179-186页

作者：段宝兴王佳森唐春萍杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文... 详细信息

通过引入n^(+)阳极在体内集成续流二极管的逆导型横向绝缘栅双极晶体管(reverse-conducting lateral insulated gate bipolar transistor,RC-LIGBT)可以实现反向导通,并且优化器件的关断特性,是功率集成电路中一个有竞争力的器件.本文提出了一种新型载流子积累的RC-LIGBT,它具有电子控制栅(electron-controlled gate,EG)和分离短路阳极(separated short-anode,SSA),可以同时实现较低的导通压降和关断损耗.在正向导通状态,漂移区上方的EG结构可以在漂移区的表面积累一个高密度的电子层,从而大大地降低器件的导通压降.同时,SSA结构的使用还极大优化了器件的关断损耗.另外,低掺杂p型漂移区与SSA结构配合,可以简单地实现反向导通并且消除回吸电压.仿真结果表明,所提出的器件具有优秀的导通压降与关断损耗之间的折衷关系,其导通压降为1.16 V,比SSA LIGBT低55%,其关断损耗为0.099 mJ/cm^(2),比SSA LIGBT和常规LIGBT分别低38.5%和94.7%.

关键词：载流子积累逆导型横向绝缘栅双极晶体管导通压降回吸电压

具有纵向辅助耗尽衬底层的新型横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管

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物理学报 2017年第7期66卷 382-388页

作者：赵逸涵段宝兴袁嵩吕建梅杨银堂西安电子科技大学微电子学院宽禁带半导体材料与器件教育部重点实验室西安710071

为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入... 详细信息

为了优化横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(lateral double-diffused MOSFET,LDMOS)的击穿特性及器件性能,在传统LDMOS结构的基础上,提出了一种具有纵向辅助耗尽衬底层(assisted depletesubstrate layer,ADSL)的新型LDMOS.新加入的ADSL层使得漏端下方的纵向耗尽区大幅向衬底扩展,从而利用电场调制效应在ADSL层底部引入新的电场峰,使纵向电场得到优化,同时横向表面电场也因为电场调制效应而得到了优化.通过ISE仿真表明,当传统LDMOS与ADSL LDMOS的漂移区长度都是70μm时,击穿电压由462 V增大到897 V,提高了94%左右,并且优值也从0.55 MW/cm^2提升到1.24 MW/cm^2,提升了125%.因此,新结构ADSL LDMOS的器件性能较传统LDMOS有了极大的提升.进一步对ADSL层进行分区掺杂优化,在新结构的基础上,击穿电压在双分区时上升到938 V,三分区时为947 V.

关键词：辅助耗尽衬底层横向双扩散功率器件击穿电压优值