[信息与通信]半导体器件物理第六章_93140777.pdf

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[信息与通信]半导体器件物理第六章_93140777

J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 半导体器件 物理进展 第六章 其它特殊半导体器件简介 Introduction to other Special Semiconductor Devices J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 本章内容提要: LDMOS、VDMOS等高压功率器件 IGBT功率器件简介 SOI器件与集成电路 电荷耦合器件的原理与应用 J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 1. LDMOS、VDMOS功率器件 (1)MOSFET作为功率器件的优势: MOSFET为多子(多数载流子)器件,电流温度系数 为负值(由迁移率随温度的变化引起),不会发生 双极型功率器件的二次击穿现象(由Iceo,β随温 度的升高而引起); 没有少子(少数载流子)的存贮效应,开关响应速 度较快; 栅极输入阻抗较高,所需的控制功率较小; 具有一定的功率输出能力,可与控制电路集成在一 起,形成Smart Power IC,例如LCD显示器的高压 驱动电路(Driver)。 J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 (2 )MOSFET的击穿特性: (A )导通前的击穿: 源漏穿通: 早期的解释:随着源漏电压增大,→ 源漏耗尽区不 断展宽,直至相碰到一起,→ 导致发生源漏穿通效 应(这里仍然采用的是平面PN结耗尽区的概念,尽管 可能不是十分准确); 目前的理解:由于DIBL效应引起的源漏穿通,与器件 的沟道长度及沟道掺杂分布有关,其特点是(与PN结 的击穿特性相比)击穿特性的发生不是非常急剧,换 句话说,器件的击穿特性不是十分陡直的硬击穿,而 是比较平缓的软击穿特性。 J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 漏端PN结击穿: 比单纯的非MOSFET漏区的PN结击穿电压要低(原因: 受场区离子注入、沟道区调开启离子注入等因素的影 响),由于侧向双极型晶体管的放大作用,使得BVPN 有所下降(类似BVCEO小于BVCBO ),不同点在于MOS器 件的衬底(相当于BJT器件的基区)不是悬空的,而 是接地(只是接地电阻可能偏大),这种击穿特性的 特点是雪崩电流的发生比较急剧,发生雪崩效应之前 的反向电流也很小。 (B )导通后的击穿:主要是由于侧向双极型晶体管 效应所导致,特别是由于器件衬底电流的影响,将使 源衬PN结出现正偏现象,致使侧向双极型晶体管效 应更为严重。 J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 MOSFET导通后的击穿现象: (C )提高MOSFET击穿电压的有效方法:在器件 的漏区周围增加低掺杂的过渡区,以减小漏端峰值 电场强度,从而提高器件的击穿电压。 J.Hsu 微电子学研究所 微电子与纳电子学系 (3)高压MOS器件结构的电场分析: N-区的作用:当高压MOS器件截止时,N-区 为耗尽层的过渡区;当器件导通时

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