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功率LDM0 S中的場(chǎng)極板設計

作者: 時(shí)間:2010-07-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏


下面將詳細討論多晶柵場(chǎng)極板的長(cháng)度和位置對漂移區表面電場(chǎng)和電勢的影響。圖4為不同場(chǎng)板長(cháng)度下漂移區表面電場(chǎng)分布。由圖可見(jiàn),隨著(zhù)場(chǎng)板長(cháng)度的增加,場(chǎng)板下的電場(chǎng)峰值先減小后增加,這是因為場(chǎng)板長(cháng)度較短時(shí),場(chǎng)板末端與場(chǎng)氧鳥(niǎo)嘴區以及p阱/n-漂移區結距離較近,等勢線(xiàn)在此區域分布較密,三者相互作用可使此處表面電場(chǎng)增強,器件容易在此處發(fā)生雪崩擊穿;隨著(zhù)場(chǎng)板長(cháng)度增加,場(chǎng)板末端和漏極距離縮短,進(jìn)而調制漏電極附近的電場(chǎng)峰值,使得電場(chǎng)在整個(gè)漂移區內分布更加均勻,提高器件的耐壓能力。但是場(chǎng)板長(cháng)度過(guò)長(cháng)時(shí),反而會(huì )增強漏端電場(chǎng),因此,對于LDMOS,場(chǎng)板長(cháng)度有一個(gè)最優(yōu)值。


圖5為不同場(chǎng)板位置時(shí)漂移區表面電場(chǎng)分布,此時(shí)場(chǎng)板長(cháng)度取2.5μm。由圖知,隨著(zhù)場(chǎng)板向漏端靠近,場(chǎng)板下的電場(chǎng)峰值逐漸增加,這是場(chǎng)板所加電壓與漏壓共同作用所致。這一點(diǎn)對提高器件的耐壓能力很有幫助,也是優(yōu)化場(chǎng)極板位置的主要依據。當場(chǎng)極板遠離柵極時(shí),出現溝道末端電場(chǎng)上升,漏端電場(chǎng)下降的趨勢??紤]到漏端電場(chǎng)峰值更大,此處是器件的擊穿點(diǎn),因此時(shí)主要考慮降低漏端電場(chǎng)峰值。因此,針對文中的LDMOS器件結構,場(chǎng)板位置應該在靠近漏極處。從圖4和圖5可見(jiàn)最大電場(chǎng)峰值位于漏端,因此一旦發(fā)生熱載流子效應,這里電離積分很大,是熱電子產(chǎn)生的主要區域。與柵氧化層處的熱載流子效應不同,漏端熱載流子進(jìn)入場(chǎng)氧化層形成的界面電荷距離溝道很遠,因此不會(huì )改變器件的閾值電壓,但是這部分電荷會(huì )影響到漂移區電流密度的分布,進(jìn)而改變器件的驅動(dòng)電流和跨導,對LDMOS的可靠性產(chǎn)生影響。


圖6為場(chǎng)板加不同電壓時(shí)的漂移區表面電場(chǎng)分布圖。此時(shí)場(chǎng)板長(cháng)度取2.5μm,場(chǎng)板距離柵極0.5μm。從圖中可以看出,隨著(zhù)場(chǎng)板所加電壓的增大,場(chǎng)板靠近柵極的一端電場(chǎng)峰值增大,而靠近漏極一端的電場(chǎng)峰值減小,即整個(gè)場(chǎng)板區的電勢降落隨場(chǎng)板電壓的增大而增大。而其他區域的電場(chǎng)隨場(chǎng)板電壓變化不大。因此對于LDMOS場(chǎng)板電壓的控制也是器件設計的一個(gè)重要因素。

3 結論
本文根據LDMOS器件漂移區電場(chǎng)分布和電勢分布的二維解析模型,通過(guò)分段求解泊松方程得出了器件漂移區表面電勢分布和電場(chǎng)分布的解析表達式,并根據所得的表達式分析了LDMOS一階場(chǎng)板的長(cháng)度和位置以及場(chǎng)板所加電壓對于其漂移區表面電勢和電場(chǎng)分布的影響。計算結果表明,LDMOS的場(chǎng)板各參數對于器件的性能有很大影響。因此,本文的分析模型對于實(shí)際LDMOS器件的設計有著(zhù)重要的指導意義。


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