發(fā)布時(shí)間：2020-12-08 17:11

　　功率MOSFET因其輸入阻抗高、開關(guān)速度快的特點(diǎn),在功率半導(dǎo)體器件領(lǐng)域占據(jù)重要地位,應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。但是,作為單極型器件的功率MOSFET,其關(guān)鍵問題是較大的導(dǎo)通電阻使其通態(tài)功耗增加,影響系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換效率。對于低壓小功率MOSFET,主要是盡可能減小器件尺寸,使其具備低通態(tài)壓降、大電流的特點(diǎn)。對于高壓大功率MOSFET,主要是解決導(dǎo)通電阻隨耐壓升高而迅速增大的問題。因此,為了降低導(dǎo)通電阻,不同耐壓等級的功率MOSFET應(yīng)選用不同的結(jié)構(gòu)。本文針對不同耐壓等級下,不同結(jié)構(gòu)的功率MOSFET的導(dǎo)通電阻進(jìn)行仿真研究,給出不同耐壓等級下,不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù),并對不同結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電阻進(jìn)行比較分析。電壓等級分為低（200V）、中（600V）、高（1200V）三個(gè)等級,結(jié)構(gòu)以VDMOSFET、UMOSFET和SJMOSFET為代表。具體研究內(nèi)容如下:（1）以特征導(dǎo)通電阻為研究目標(biāo),對不同阻斷電壓的VDMOSFET的漂移區(qū)的摻雜濃度、厚度以及柵極寬度進(jìn)行優(yōu)化。低阻斷電壓（200V）VDMOSFET最小特征導(dǎo)通電阻是0.027Ω·cm-2,所對應(yīng)的優(yōu)化參數(shù)為:摻雜濃度1.2×1015cm-3,厚度26μm,... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學(xué)遼寧省

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice

沈陽工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文2對于中等功率型器件一般在電氣傳動(dòng)、新能源汽車[11]上得到廣泛使用；而大功率或者超大功率型器件在高壓直流輸電（HVDC）、核工業(yè)、軍工等領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位[12]。圖1.1功率半導(dǎo)體器件的應(yīng)用Fig.1.1Applicationofpowersemiconductordevice如圖1.2所示，功率半導(dǎo)體器件主要集中在歐美日三個(gè)國家，主要是因?yàn)檫@幾個(gè)國家具備領(lǐng)先的技術(shù)和先進(jìn)的制造水平。而目前，國際上針對功率中高壓MOSFET和高壓IGBT的供應(yīng)有幾個(gè)主要的生產(chǎn)商，像ABB公司已經(jīng)研發(fā)了6500V/750A、3300V/1500A、1700V/3600A系列的焊接型IGBT[13]，對于高壓的IGBT東芝公司已開發(fā)出6.5KV的IGBT[14]；中國臺灣主要是代工；而中國大陸半導(dǎo)體制造行業(yè)僅僅在某些單項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域上獲得了成就，例如二極管、低壓MOS、晶閘管等，尚未達(dá)到全產(chǎn)業(yè)鏈的運(yùn)營模式。圖1.22017年全球功率半導(dǎo)體器件主要產(chǎn)地市場Fig.1.2Themainproducingmarketsofglobalpowersemiconductordevicesin2017

，導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增加，占用芯片面積較大，并且功率容量有限[15]，所以LDMOS只能在功率集成電路中得到應(yīng)用。為了改善MOSFET的導(dǎo)通能力，上世紀(jì)八十年代發(fā)展出了縱向功率MOSFET，其中包括：VMOSFET（VerticalV-grooveMOSFET）、VDMOSFET（VerticalDoubleDiffusedMOSFET）、UMOSFET（TrenchGateMOSFET）。在VMOSFET結(jié)構(gòu)中，柵極是V型溝槽，導(dǎo)電溝道在V型槽的斜面，即溝道在體內(nèi)，這使芯片面積利用率提高，但同時(shí)存在一些問題，例如由于V型槽底部是尖端，導(dǎo)致電場強(qiáng)度在尖端部分很大，從而擊穿電壓減校P+N-PN+P+源柵漏圖1.3LDMOSFET結(jié)構(gòu)圖Fig.1.3StructureofLDMOSFET縱向雙擴(kuò)散MOSFET（VDMOSFET）是在1979年由H.W.Collins等人提出的[16]。利用擴(kuò)散工藝，形成P基區(qū)和N+源區(qū)，并將這兩次橫向擴(kuò)散的結(jié)深差值定義為溝道長度。VDMOSFET主要存在的問題是：第一，由于溝道位于表面，導(dǎo)致元胞的尺寸變大，使得元胞的數(shù)目減校第二，由于引入了結(jié)行場效應(yīng)晶體管（JFET）區(qū)，且其電阻RJ在柵極

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]500 V高壓平面功率VDMOS場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化[J]. 李媛,周濤,焦書豪.  渤海大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2018(03)
[2]第3代半導(dǎo)體材料在5G通訊領(lǐng)域的發(fā)展與機(jī)遇[J]. 陳秀芳,楊祥龍,徐現(xiàn)剛,楊學(xué)林,魏同波,劉建利.  新材料產(chǎn)業(yè). 2018(01)
[3]CoolMOS在中小功率開關(guān)電源中的EMI設(shè)計(jì)[J]. 梁曉軍.  中國電子商情(基礎(chǔ)電子). 2017(11)
[4]非對稱超結(jié)場效應(yīng)晶體管設(shè)計(jì)和仿真[J]. 張廣銀,沈千行,喻巧群,盧爍今,朱陽軍.  微電子學(xué)與計(jì)算機(jī). 2017(07)
[5]從功率半導(dǎo)體器件發(fā)展看電力電子技術(shù)未來[J]. 胡強(qiáng),王思亮,張世勇.  東方電氣評論. 2015(03)
[6]IGBT技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 趙承賢,楊虎剛,余晉杉,鄧濤,鄭金燦.  技術(shù)與市場. 2015(04)
[7]一種900V超結(jié)VDMOSFET器件的設(shè)計(jì)與仿真[J]. 楊永念.  電子與封裝. 2015(03)
[8]功率半導(dǎo)體器件與功率集成技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及展望[J]. 孫偉鋒,張波,肖勝安,蘇巍,成建兵.  中國科學(xué):信息科學(xué). 2012(12)
[9]高壓超結(jié)VDMOS結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 楊法明,楊發(fā)順,丁召,傅興華,鄧朝勇.  固體電子學(xué)研究與進(jìn)展. 2012(03)
[10]功率MOSFET的研究與進(jìn)展[J]. 褚華斌,鐘小剛,吳志偉,戴鼎足,蘇祥有.  半導(dǎo)體技術(shù). 2011(05)

博士論文
[1]新型功率半導(dǎo)體器件的研究及其終端耐壓層的利用[D]. 呂信江.電子科技大學(xué) 2014
[2]超結(jié)器件的模型研究及優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 黃海猛.電子科技大學(xué) 2013

碩士論文
[1]60V功率UMOSFET特性研究及優(yōu)化[D]. 趙爭夕.西南交通大學(xué) 2018
[2]超高壓4H-SiC GTO晶閘管的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 劉青.西安理工大學(xué) 2017
[3]功率VDMOS設(shè)計(jì)與優(yōu)化方法的研究[D]. 任向兵.北方工業(yè)大學(xué) 2016
[4]高壓功率MOSFET元胞結(jié)構(gòu)的研究與優(yōu)化[D]. 劉銘.西南交通大學(xué) 2016
[5]MOS控制的晶閘管（MCT）的仿真與研究[D]. 熊威.電子科技大學(xué) 2016
[6]600V高壓VDMOS器件導(dǎo)通電阻仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)[D]. 王泗禹.電子科技大學(xué) 2010



本文編號：2905392