習(xí)題常見的橫向高壓MOS型器件有哪些？有何結(jié)構(gòu)特點(diǎn)？解答：常見的硅橫向高壓MOS型器件有LDMOS、LDIGBT。這類器件背面均為襯底，主電極和控制極在芯片上表面，器件工作時電流水平流動；漂移區(qū)的長度和濃度決定了器件擊穿電壓的大小。只要增加漂移區(qū)的長度，就可以提高其擊穿電壓，但會導(dǎo)致導(dǎo)通電阻增加。此外，常見的SOI橫向高壓器件包括SOI功率二極管、SOILDMOS及SOILIGBT。橫向器件的工作機(jī)理及與縱向器件是否相同？解答：橫向器件的工作機(jī)理及與縱向器件完全相同。LDMOS與VDMOS相同，導(dǎo)通時要求VGS>VTH且VDS>0；LIGBT與IGBT相同，導(dǎo)通時VGE>VTH且VCE>0。何謂RESURF技術(shù)含義？可用于哪些器件？解答：RESURF技術(shù)即降低表面電場技術(shù)，是指在p型襯底上外延一薄層輕摻雜的n漂移區(qū)，使其在達(dá)到臨界擊穿電場之前全部耗盡，以承擔(dān)大部分的外加電壓，并降低器件表面峰值電場，使擊穿點(diǎn)從表面pn結(jié)轉(zhuǎn)移到體內(nèi)pn結(jié)，從而提高擊穿電壓。目前在硅LDMOS和SOILDMOS中已經(jīng)得到廣泛使用。何謂REBULF技術(shù)含義？可用于哪些器件？解答：RESURF技術(shù)即降低體內(nèi)電場（REBULF）技術(shù)，是指在RESURFLDMOS器件的襯底中引入了高摻雜濃度的埋層，以降漏極側(cè)nn+結(jié)處的高電場，使得漂移區(qū)的電場更加均勻，從而提高器件的擊穿電壓。目前REBULF技術(shù)主要用于RESURFLDMOS、超結(jié)LDMOS以及SOIRESURFLDMOS器件中。如何避免LIGBT的閂鎖效應(yīng)？解答：在LIGBT導(dǎo)通期間，由發(fā)射區(qū)側(cè)的縱向npn晶體管VnV與集電極側(cè)的橫向pnp晶體管VpL之間形成的正反饋效應(yīng)，導(dǎo)致LIGBT柵極失控，即LIGBT發(fā)生閂鎖。為了避免LIGBT的閂鎖效應(yīng)，需要減小發(fā)射極側(cè)npn晶體管VnV的p基區(qū)橫向電阻RB或通過RB的電流，并限制集電極側(cè)pnp晶體管VpL的注入效率。通常采用的措施是，在發(fā)射區(qū)一側(cè)增加p阱、埋層，或者采用表面短路結(jié)構(gòu)，在集電區(qū)一側(cè)增加n緩沖層或采用短路結(jié)構(gòu)，或者采用空穴電流旁路結(jié)構(gòu)。何謂功率器件的優(yōu)值？通常有幾種表征方法？解答：功率器件的優(yōu)值（FOM）共有3種表征方法，不同的表征方法其不同含義不同。1）評價雙極型和單極型功率器件的綜合性能的特性優(yōu)值，與器件的擊穿電壓VBR、導(dǎo)通電阻或電流密度JF，以及開關(guān)速度或關(guān)斷時間toff有關(guān)，可表示為 （1）FOM值越高，器件的綜合性能越好。2）評價單極型功率器件的功率大小的功率優(yōu)值FOM1，與器件的擊穿電壓VBR、特征導(dǎo)通電阻Ron,sp有關(guān)，可表示為 （2）FOM1值越高，器件的功率越大。3）表征單極型功率器件低損耗大小的損耗優(yōu)值FOM2，與器件的特征導(dǎo)通電阻Ron,sp和柵漏電容QGD有關(guān)，可表示為 （3）FOM2值越小，表示器件的功耗越小。采用SOI襯底材料制作PIC有何好處？SOI是怎樣形成的？解答：采用SOI襯底材料制作PIC中，可有效地實(shí)現(xiàn)有源層與襯底之間隔離，同時高、低壓單元之間也可通過絕緣介質(zhì)完全隔離。由于SOI技術(shù)能提供較為理想的隔離，并具有寄生效應(yīng)小、集成度高、抗輻射能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而應(yīng)用廣泛。SOI襯底可以通過注氧隔離（SIMOX）、多孔硅氧化全隔離（FIPOS）、硅片直接鍵合（SDB）及智能剝離技術(shù)（SmartCut）來制備。SOI基功率器件有哪些優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)？解答：SOI基功率器件優(yōu)點(diǎn)，一是斷態(tài)漏電流小，比如SOIRESURFLDMOS中埋氧層實(shí)現(xiàn)了器件縱向隔離，減小器件的耗盡區(qū)寬度，從而減小器件的漏電流；二是關(guān)斷損耗低，比如SOIRESURFLIGBT中的埋氧層可有效阻止載流子注入襯底，使器件的關(guān)斷時間與拖尾電流減小，開關(guān)功耗更低。SOI基功率器件缺點(diǎn)，一是導(dǎo)通電阻較大，且埋氧層阻擋了熱量通過背襯底的傳導(dǎo)，因而存在自加熱效應(yīng)。比如在SOIRESURFLDMOS導(dǎo)通期間，載流子僅限于在n外延層內(nèi)輸運(yùn)，不會進(jìn)入到埋氧層和襯底，導(dǎo)致其導(dǎo)通電阻增加。二是受寄生效應(yīng)（背柵效應(yīng)、??襯底輔助耗盡效應(yīng)）和埋氧層的影響，擊穿電壓較低。增加埋氧層厚度，有利于提高擊穿電壓。但是埋氧層越厚，自加熱效應(yīng)越嚴(yán)重。怎樣克服SOI基橫向器件的自加熱效應(yīng)？解答：為了緩解SOI基橫向器件的自加熱效應(yīng)，通過在埋氧層中開窗口，使外延層與多晶硅層連通，可以緩解自加熱效應(yīng)?；蛘撸捎酶邔?dǎo)熱率的介質(zhì)，比如氮化硅（Si3N4）及氮化鋁（AlN）替代二氧化硅（SiO2）。SOI橫向高壓器件采用介質(zhì)場增強(qiáng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)有哪些？并說明其特點(diǎn)。解答：SOI介質(zhì)場增強(qiáng)（ENDIF）技術(shù)是指通過增強(qiáng)介質(zhì)埋層的電場來提高SOI器件的縱向擊穿電壓?；贓NDIF技術(shù)的SOI高壓器件結(jié)構(gòu)有電荷型SOI高壓器件、低k和變k埋層SOI高壓器件、薄硅層階梯漂移區(qū)SOI高壓器件。其中，電荷型SOI高壓器件就是在埋氧層上、下界面的形成電荷槽，且電荷越多，埋層電場越高，器件耐壓越高。低k和變k埋層SOI高壓器件是用低k和變k埋層替代埋氧層，以提高其埋層電場，從而提高其耐壓；薄硅層階梯漂移區(qū)SOI高壓器件是利用階梯漂移區(qū)對橫向電場的調(diào)制作用，使其表面電場更加均勻，以提高器件的橫向擊穿電壓；同時，漂移區(qū)電場又調(diào)制了埋氧層電場分布，從而增強(qiáng)了埋氧層電場，提高了器件的縱向擊穿電壓。GaNHEMT的結(jié)構(gòu)和工作原理與硅MOSFET有何不同？解答：GaNHEMT的結(jié)構(gòu)與功率MOSFET相似，表面有柵極、源極和漏極，并有耗盡型和增強(qiáng)型兩種類型。與功率MOSFET結(jié)構(gòu)不同在于，柵極與GaN之間增加了一個AlGaN薄層，于是在GaN晶體與AlGaN薄層的界面處會產(chǎn)生應(yīng)變，感應(yīng)出二維電子氣（2DEG）。GaNHEMT的工作原理與功率MOSFET不同在于，當(dāng)施加電壓時，GaNHEMT中的2DEG可以有效地傳導(dǎo)電子，且因電子氣的遷移率很高，故其工作頻率極高；而功率MOSFET是通過表面反型溝道傳導(dǎo)電子，因溝道電子的遷移率較低，導(dǎo)致其工作頻率較低。試確定200V的LDMOS所需的n-漂移區(qū)的濃度和厚度（不考慮終端的影響）。解答：LDMOS的漏源擊穿電壓VBR由n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)決定，根據(jù)題意可知，不考慮pn結(jié)終端的影響，并且因n-漂移區(qū)濃度較低且較厚，即使在擊穿電壓下n-漂移區(qū)也無法全部耗盡。因此，可以根據(jù)pin結(jié)構(gòu)在非穿通條件下的擊穿電壓計算公式來計算，此時VBR的大小主要與n-漂移區(qū)的濃度ND及長度Ln有關(guān)。當(dāng)VBR一定時，ND越高，對應(yīng)的長度Ln越長，或者ND越低，對應(yīng)的長度Ln越短?？梢姡瑵M足VBR要求的ND、Ln有多組值。由于LDMOS是單極型器件，ND越低或者Ln越長，均會導(dǎo)致器件的導(dǎo)通電阻增大。但是當(dāng)ND較高時，雖然有利于降低器件的導(dǎo)通電阻，會使得柵極與n-漂移區(qū)界面處的電場強(qiáng)度增大，容易發(fā)生柵極擊穿。因此，n-漂移區(qū)的濃度和厚度的選擇，不僅要考慮VBR與Ron之間的折衷，還要考慮柵氧化層的擊穿問題?？梢栽诒ＷCVBR的前提下，取n-漂移區(qū)的長度為對應(yīng)濃度下的耗盡層展寬?？紤]到結(jié)彎曲的影響，由n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)的擊穿電壓大約只有平行平面結(jié)擊穿電壓的80%，故按VBR=200V/80%=250V來估算n-漂移區(qū)的濃度和長度。取n-漂移區(qū)的ND為9′1014cm3，計算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為取n-漂移區(qū)的ND為1′1015cm3，計算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為取n-漂移區(qū)的ND為1.1′1015cm3，計算得到n-漂移區(qū)的耗盡層寬度即長度Ln為由以上計算可知，只考慮pn結(jié)彎曲的影響，不考慮pn結(jié)終端，按80%耐壓效率計算，200V的LDMOS所需的n-漂移區(qū)的濃度和長度分別為1.0±0.1′1015cm3和16.6±0.2mm。實(shí)際設(shè)計時，為了避免pn結(jié)終端的影響，通常會將柵極延伸至n-漂移區(qū)上方作為場板，以降低柵極下方pn結(jié)終端的電場強(qiáng)度，此時場板也會對擊穿電壓產(chǎn)生的影響。需要說明的是，對RESURFLDMOS而言，由于n-漂移區(qū)厚度tn較薄，可以完全耗盡，則可以根據(jù)pin的穿通擊穿公式計算。挑戰(zhàn)性拓展以圖2-8所示的單RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)為例，假設(shè)襯底摻雜濃度為1.5×1014cm3，外延層摻雜濃度為8×1014cm3，厚度8m，漂移區(qū)長度都為60m。試建立器件結(jié)構(gòu)模型，分析器件的橫向和縱向電場分布、擊穿電壓及導(dǎo)通電阻。解答：考慮到n-漂移區(qū)與p體區(qū)形成的pn結(jié)終端處電場強(qiáng)度較高，將柵極延伸至n-漂移區(qū)上方作為場板，同時將漏極延金屬伸至n+漏區(qū)上方作為場板，以降低柵極下方pn結(jié)表面以及漏極側(cè)nn+結(jié)表面的電場強(qiáng)度。在單RESURFLDMOS結(jié)構(gòu)中，n-漂移區(qū)即外延層摻雜濃度和厚度、以及p-襯底的濃度和厚度受電荷平衡條件的約束，題中未給出p-襯底的厚度，為了保證外延層完全耗盡，p-襯底的厚度可以適當(dāng)加厚，不影響結(jié)果。根據(jù)題意建立的結(jié)構(gòu)模型的如圖1所示，仿真得到的橫向和縱向電場分布如圖2所示，可見，橫向電場強(qiáng)度為懸鏈線分布，且表面pn結(jié)峰值電場位低于nn+結(jié)處的表面電場；縱向電場強(qiáng)度分布為三角形分布，且峰值電場位于體內(nèi)n-漂移區(qū)與p-襯底之間的pn結(jié)面上，并低于表面電場強(qiáng)度峰值。若保持其他參數(shù)不變，通過優(yōu)化漂移區(qū)摻雜濃度為1×1015cm-3，襯底摻雜濃度為1.5×1014cm-3，可以得到如圖2(c)所示的理想電場強(qiáng)度分布。仿真得到的擊穿特性曲線如圖3所示?？梢姡跂旁炊搪窏l件下的漏源擊穿電壓為600V，對應(yīng)的漏電流為1×10-5A/cm2。仿真得到的導(dǎo)通特性曲線如圖4所示?？梢?，在柵源電壓