电子科技大学功率器件和功率集成电路（VDMOS）

电子科技大学方健副教授,1,功率器件及功率集成电路,功率MOS器件VDMOS,电子科技大学方健副教授,2,DMOS,MOS型器件的优点：,S,D,G,B,C,E,不导电,欧姆接触，要导电,MOS：电压控制器件；BJT：电流控制器件多子导电，速度快少子导电，速度慢,电子科技大学方健副教授,3,功率MOS、BJT、IGBT的比较,电子科技大学方健副教授,4,问世,生长,成熟,饱和,衰退,淘汰,晶闸管,小信号晶体管,BJT,双向可控晶闸管,射频功率管,肖特基快恢复二极管,功率MOS,IGBT,MCT、EST、BRT,电子科技大学方健副教授,5,问世,生长,成熟,饱和,衰退,淘汰,双向可控晶闸管,射频功率管,肖特基快恢复二极管,功率MOS,IGBT,MCT、EST、BRT,电子科技大学方健副教授,6,DMOS,DoubleDiffusion（双扩散）,MOSFET（金属氧化物场效应晶体管）,双扩散金属氧化物场效应晶体管,电子科技大学方健副教授,7,电子科技大学方健副教授,8,L,s,d,g,V,L,s,d,g,V,电子科技大学方健副教授,9,L,s,d,g,V,L,s,d,g,V,电子科技大学方健副教授,10,L,s,g,d,V,电子科技大学方健副教授,11,L,s,g,d,V,耐压问题IV特性3.导通电阻4.阈值电压5.Cell图形6.终端问题,电子科技大学方健副教授,12,1.耐压问题,L,s,g,d,V,p,i,N+,W,电子科技大学方健副教授,13,10,100,1000,10000,1014,1015,1016,1017,100,10,1000,ND,W,VBR,电子科技大学方健副教授,14,作业2,1.如果ND=11015,W=10m,计算此时的DMOS的击穿电压.其中EC=2.5105V/cm解答提示:2.对于PIN结构,如果N=11016,L=30m,EC=2.5105V/cm.反偏时器件会发生穿通吗?请定量加以说明.并画出N区内的电场分布和电势分布,P+,N,N+,L,电子科技大学方健副教授,15,作业1(续),3.试推导出当耐压为V,导通电阻W最小时n区浓度ND和n区宽度W的值.解答提示:,电子科技大学方健副教授,16,2IV特性,电子科技大学方健副教授,17,VD,线性区,饱和区,饱和电压,电子科技大学方健副教授,18,影响IV特性的因素,有效沟道长度-沟道长度调制效应高场迁移率准饱和区现象,电子科技大学方健副教授,19,N,N,P,VD,MOS有效沟道长度,L,Leff,电子科技大学方健副教授,20,N,N,P,VD,N,DMOS有效沟道长度,Leff,L,电子科技大学方健副教授,21,E,载流子漂移速度和电场的关系,E,载流子迁移率和电场的关系,高场迁移率,低场,低场,高场,高场,s,电子科技大学方健副教授,22,跨导:,定义,ID,Vg1,Vg2,未出现速度饱和的情况:,出现速度饱和的情况:,电子科技大学方健副教授,23,Vg,ID,Vg,gm,电子科技大学方健副教授,24,s,g,s,g,电子科技大学方健副教授,25,I,V,电子科技大学方健副教授,26,3.阈值电压,N,N,P,N,x,y,NA,x,因此DMOS的阈值电压与普通MOS的阈值电压是有差别的!,电子科技大学方健副教授,27,MOS结构的基本阈值电压公式,电子科技大学方健副教授,28,DMOS的阈值电压计算,由于pwell区的表面浓度不均匀。所以在计算DMOS的阈值电压时应取沟道区的最高浓度加以计算。NAMAX,电子科技大学方健副教授,29,4.Cell图形,比较不同cell图形的优劣,电子科技大学方健副教授,30,5.导通电阻,Rch:沟道电阻Ra:表面积累区电阻Rj：颈部电阻Repi:漂移区电阻,s,g,d,V,如何求上述电阻的值?,电子科技大学方健副教授,31,s,g,s,g,电子科技大学方健副教授,32,Rch沟道电阻,Ref：1980SunPlammer，ED28,No.2p156,电子科技大学方健副教授,33,Ra表面积累区电阻,模型,条形图形,元胞图形,电子科技大学方健副教授,34,Rj颈部电阻,条形图形,元胞图形,电子科技大学方健副教授,35,Repi漂移区电阻,条形图形,元胞图形,电子科技大学方健副教授,36,6.终端问题,V,平行平面结,非平行平面结,平行平面结的耐压非平行平面结耐压,电子科技大学方健副教授,37,常见的终端技术,场限环场板浮空场板VLD(横向变掺杂),电子科技大学方健副教授,38,1.场限环,p,电子科技大学方健副教授,39,p,EC,S1,S2,S2S1所以耐压得到提高,电子科技大学方健副教授,40,2.场板,p,电子科技大学方健副教授,41,电子科技大学方健副教授,42,场板设计的关键参数:1.浓度2.场板的长度3.氧化层的厚度,电子科技大学方健副教授,43,电阻场板,p,电子科技大学方健副教授,44,3.浮空场板,电子科技大学方健副教授,45,4.场板+浮空场板+场限环,p,p,p,p,电子科技大学方健副教授,46,5.VLD横向变