150V电荷耦合功率MOSFET及其终端结构的仿真研究

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功率MOSFET是应用最为广泛的功率半导体器件,其价格低廉,技术成熟,开关速度快,驱动简单等诸多优点使它被广泛的应用在便携电子设备、汽车电子、工业控制以及照明等领域。随着半导体工艺技术的发展和功率MOSFET不断增大的市场需求,对功率MOSFET的性能要求也越来越高。  本论文针对150V电荷耦合沟槽型功率MOSFET(ChargeCoupling-Trench-MO SFET, CC-TMOSFET)进行了电特性仿真研究分析,该结构的特点是利用垂直RESURF结构形成电荷耦合区,改善电场分布,从而在相同阻断能力下,可采用更高掺杂浓度的漂移区,改进器件优值。CC-TMOSFET的设计难点在于漂移区浓度与电荷耦合区尺寸的最佳匹配,以及终端区的设计。本论文针对这一情况,做了以下几方面的工作。  第一:针对器件结构的特点,采用双外延漂移区(分别为电荷耦合N1区、非耦合N2区)的技术,对器件结构进行了初步优化,保证器件在常规工作范围内具有良好的导通特性、阻断能力。初步优化工作主要包括:基本元胞尺寸设计、漂移区双外延层浓度与厚度优化匹配、哑元胞密度设计等。  第二:针对不同槽深CC-TMOSFET进行了静态特性和动态特性的整体仿真优化研究,对比了普通槽栅功率MOSFET和不同槽深CC-TMOSFET的器件整体性能,最终确定了器件的结构参数和电学性能。与传统槽栅MOSFET对比,栅漏电容和栅电荷均得到了显著降低,器件优值近乎降低了87%。  第三:针对双层外延漂移区结构不能简单采用传统终端的实际情形,设计了深槽-场板-P型环复合终端结构,通过分别对场板、深槽、P型区进行仿真,探究场板长度、深槽间距、P-环浓度对终端特性的影响,包括表面电场分布,碰撞电离率分布,耗尽层曲线形状以及击穿电压的变化趋势等,最终得到优化的终端结构。
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