5.电子科技大学功率器件和功率集成电路-(VDMOS)5new

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2DMOS•MOS型器件的优点：SDGBCE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的比较参数BJT功率MOSIGBT输入阻抗电流增益开关频率导通电阻关断电阻电容量坚固性成本最大工作温度103～105Ω10～10020～80KHz低高高（1200V）良中150°C108～1011Ω102～103100～500KHz高高中（500V）优高200°C108～1011Ω极高中高低高高（1200V）优高150°C电子科技大学方健副教授4问世生长成熟饱和衰退淘汰Ge管齐纳二极管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MOSIGBTMCT、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Ge管齐纳二极管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MOSIGBTMCT、EST、BRT电子科技大学方健副教授6DMOSDoubleDiffusion（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8LsdgVLsdgV电子科技大学方健副教授9LsdgVLsdgV电子科技大学方健副教授10LsgdV电子科技大学方健副教授11LsgdV1.耐压问题2.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121.耐压问题LsgdVpiN+W电子科技大学方健副教授13101001000100001014101510161017100101000NDWVBRDnNq1WR0DNR电子科技大学方健副教授14作业21.如果ND=1×1015,W=10μm,计算此时的DMOS的击穿电压.其中EC=2.5×105V/cm解答提示:2.对于PIN结构,如果N=1×1016,L=30μm,EC=2.5×105V/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WWqNEVDC2P+NN+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ρW最小时n区浓度ND和n区宽度W的值.解答提示:WWqNEVDC2DDnDDNNqWNWNR0VWEWqNCD220应舍弃0??????21WW电子科技大学方健副教授162IV特性VVVCQthGoxndxdVVVVCZdxdVZQIthGoxnnnD212DDthGoxnDDVVVVLCZdxILI电子科技大学方健副教授17thGVVVDthGVVVD=thGVVVD线性区饱和区饱和电压22thGoxnDVVLCZIIV22DDthGoxnDVVVVLCZI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19NNPVDMOS有效沟道长度LLeff22DDthGeffoxnDVVVVLCZI22thGeffoxnDVVLCZI电子科技大学方健副教授20NNPVDNDMOS有效沟道长度LeffL22DDthGeffoxnDVVVVLCZI22thGeffoxnDVVLCZI电子科技大学方健副教授21νE载流子漂移速度和电场的关系Eμ载流子迁移率和电场的关系thGoxsDVVCZI高场迁移率低场低场高场高场νs电子科技大学方健副教授22跨导:•定义GDmdVdIgthGoxnmVVLCZgoxsmCZg22thGeffoxnDVVLCZIthGoxsDVVCZIIVΔIDVg1Vg2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23VgIDVggm电子科技大学方健副教授24sgsg电子科技大学方健副教授25IV电子科技大学方健副教授263.阈值电压NNPNxyNAxyNA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27MOS结构的基本阈值电压公式oxFBsiAFBFBthCqNVV22电子科技大学方健副教授28DMOS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。NAMAXoxFBsiAFBFBthCqNVVmax22iAFBnNqkTmaxln电子科技大学方健副教授294.Cell图形比较不同cell图形的优劣电子科技大学方健副教授305.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sgdV如何求上述电阻的值?IV电子科技大学方健副教授31sgsg电子科技大学方健副教授32Rch沟道电阻thGoxeffchVVCZLRRef：1980SunPlammer，ED－28,No.2p156电子科技大学方健副教授33Ra表面积累区电阻FBGoxnaaVVCaasR8模型21ln2)(81222aassaassaaasVVCRFBGoxnaa条形图形元胞图形电子科技大学方健副教授34Rj颈部电阻'21ln2aasWRjj''ln4gsasgsasgsasgsasgasWRjj条形图形元胞图形电子科技大学方健副教授35Repi漂移区电阻''21ln2aWasRepi'''2''2'ln4gsasgsasWsgasWsgasgasRj条形图形元胞图形电子科技大学方健副教授366.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381.场限环ppp电子科技大学方健副教授39pppECS1S2S2S1所以耐压得到提高电子科技大学方健副教授402.场板p电子科技大学方健副教授41p电子科技大学方健副教授42p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443.浮空场板p电子科技大学方健副教授454.场板+浮空场板+场限环pppp电子科技大学方健副教授465.VLD横向变掺杂电子科技大学方健副教授47横向变掺杂的实现(1)电子科技大学方健副教授48横向变掺杂的实现(2)电子科技大学方健副教授49几种终端技术的比较VLD电阻场板场限环场板两个准则：1。耐压最高2。可用