单片开关电源控制芯片中横向高压功率器件的研究与设计-微电子与固体电子学专业毕业论文

摘 要横向高压功率器件因其易与标准 CMOS 工艺集成的优点，成为制作单片开关 电源控制芯片的首选，但相比于纵向器件，其导通电阻较高且版图面积较大。为 缓解上述问题，本文基于 RESURF 技术研究了

摘要 摘要 CMOS ， 横向高压功率器件因其易与标准工艺集成的优点成为制作单片开关 电源控制芯片的首选，但相比于纵向器件，其导通电阻较高且版图面积较大。为 S T R REUFriple 问基 研究有场 缓解上述题，本文技术了一种具多级浮空板 于的 S REURF 、 ，、、 器 件结构该结构具有击穿电压高导通电阻低工艺复杂度低可扩 展性能好等特点。 SR T ripleREUFLDMOS 本文设计的采用的多级浮空场板结构，利用电容耦 合效应将源漏两极的电势差近似线性的叠加在漂移区表面，提高器件表面击穿电 lS T ripeREURF 压，且避免了阻性场板产生的高泄漏电流。而隔离式的结构，将 P NP-body 处于型漂移区内部的型深阱与源极层相连通，不仅能有效降低器件 的导阻，增加的可性。耐模型在 通电还可器件扩展利用解析得到漂移 ， 压区 HVW W P NDBNW 1:2:71:0.598:0.072 ， 、、 ， 的结深比例为掺杂浓度比例为时器 L μm =4 。， 件具有最优的关态击穿电压利用二维仿真分析得到当每级场板长度， FFP NDD mcm 0 2= =11c=.6103.0 衬底浓度×，漂移区注入剂量×， -W-W P psub14 3HVN12 2D DL mm 0 10c=1.10c=70μmLDMOS 有 ×，×，漂移区长度时，具 -W- 12 2BN12 2drift 关 Vm m 793128.5Ω.c 态击穿电压，比导通电阻的最优化性能，较相同耐压下常规 2 20% 偏移场板结构的比导通电阻降低。解析结果与仿真结果具有良好的一致性。 U R T riple ESRF JFET LDMOS ， 本文设计的与的工艺兼容且缩减的源极宽度 μm JFET9.6 具 使有较高的开态击穿电压。二维仿真结果显示，当源极宽度为， V DPW3.5 μmJFET774 ，， 栅极版图间距为时具有关态击穿电压开态击穿电 V 60020V25V 压，夹断电压至的较优性能。仿真结果最终通过了流片验证。 LDMOSJFETJFET ， 本文设计的具有与复合功率器件结构的高压启动电路将 LO LDMOSDMS 的 的夹断电压作为的栅极电压，解决了常规电路中耗尽型静态 R S T JFETriple REUF 、， 功耗高的延迟时间长的问题而基于结构的复合功率器件 不仅不占用额外的版图面积，还避免了两种器件间的相互干扰。二维仿真结果显 C mm JFETDPW3.5μ20μ 示，在栅极的版图间距为，源极宽度为，充电电容 1 μF m 112.1V20 s ， ， 为目标电压为时复合功率器件的高压启动电路延迟时间为， R M JFET50%700V2Ω ，功耗电 较相同条件下的减小了；在漏极电压为阻为 1 W 8.7 m 时，静态功耗为。仿真结果与流片结果具有良好的一致性。 SRFOT T S riple REULDMJFE 关键词： ，，，复合功率器件 I