【摘 要】
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GaN功率器件相对于硅基器件具有开关速度快、临界电场高等优点,被广泛应用于高频功率电子系统中。绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体器件（Silicon on insulator-lateral diffused metal oxide semiconductor,简称SOI-LDMOS）是Ga N功率器件栅极驱动芯片中电平移位电路模块中最为关键的高压器件,改善SOI-LDMOS的性能对提升Ga N
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GaN功率器件相对于硅基器件具有开关速度快、临界电场高等优点,被广泛应用于高频功率电子系统中。绝缘体上硅横向双扩散金属氧化物半导体器件（Silicon on insulator-lateral diffused metal oxide semiconductor,简称SOI-LDMOS）是Ga N功率器件栅极驱动芯片中电平移位电路模块中最为关键的高压器件,改善SOI-LDMOS的性能对提升Ga N功率器件驱动芯片的工作频率和可靠性具有重要意义。本文对SOI-LDMOS的正向导通能力、反向击穿电压以及电热安全工作区进行了研究和优化。研究发现正向导通阶段在高漏压条件下器件发生失效的原因是:基区展宽效应使器件表面峰值电场从源端转移到漏端,漏端峰值电场超过硅的临界电场;器件在连续脉冲条件下发生热失效的原因是:雪崩电离以及热激发产生的载流子导致内部寄生双极型晶体管基区电流密度增大,导致寄生双极型晶体管NPN开启。在对失效机理研究的基础上给出了一种薄埋氧层和沟槽相结合的新型SOI-LDMOS结构（Patial SOI with oxide trench LDMOS,简称PSOT-LDMOS）,该结构的特点为:（1）源端下方减薄的埋氧层一方面可以增大载流子的流通路径,减弱碰撞电离,抑制基区展宽效应;另一方面可以增强器件源端的散热能力,抑制源端因碰撞电离导致的局部温度上升;（2）源端漂移区中增设的沟槽一方面可以调节源端的电场分布,使横向电场分布均匀;另一方面可以调节载流子的分布,使碰撞电离产生的空穴可以沿着沟槽流入源端,避免载流子在P型体区下方聚集,抑制寄生双极型晶体管的开启。仿真结果表明,本文所设计的PSOT-LDMOS器件的特征导通电阻为0.034Ω·cm~2,阈值电压为1.53V,反向击穿电压为273V,在栅压为10V的条件下,电安全工作区的折回点电压为179.6V,热安全工作区的开态击穿电压为165V,安全工作区范围为1.2×10-1W/μm,相比于传统结构提升了41.7%,满足了GaN功率器件驱动芯片的设计需求。
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