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150V VDMOS器件用外延层结构设计

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外研究现状

1.2.1 VDMOS功率器件及其材料的发展分析

1.2.2 VDMOS功率器件的市场形势

1.2.3 VDMOS功率器件用硅外延材料的市场形势

1.3 论文的研究内容及目标

1.4 论文的组织结构

第二章 VDMOS器件的结构与原理

2.2 VDMOS的工作原理

2.3 VDMOS器件的主要参数

2.3.1 阂值电压

2.3.2 漏源电流

2.3.3 漏源击穿电压

2.3.4 导通电阻

2.4 VDMOS器件用硅外延层参数的理论计算

2.5 VDMOS器件用硅外延材料的结构分析

2.6 本章小结

第三章 VDMOS器件用硅外延层的仿真与分析

3.1 计算机仿真工具简介

3.2 外延层电阻率及其均匀性对器件性能的影响分析

3.3 外延层厚度及其均匀性对器件性能的影响分析

3.4 外延层过渡区对器件性能的影响分析

3.4.1 外延层过渡区的影响因素分析

3.4.2 外延层过渡区对器件性能的影响

3.5 外延层衬底材料对器件性能的影响分析

3.6 本章小结

第四章 150V VDMOS器件用外延材料的设计与验证

4.1.1 外延层电阻率设计

4.1.2 外延层厚度设计

4.1.3 外延层过渡区设计

4.1.4 外延衬底设计

4.1.5 外延材料结构的仿真结果

4.2 150V VDMOS器件用外延层的工艺实现与质量控制

4.2.1 150V VDMOS器件用外延层的工艺实现

4.2.2 150V VDMOS器件用外延层的质量控制

4.3 器件仿真结果

4.3.1 击穿电压

4.3.2 阈值电压

4.3.3 导通电阻

4.3.4 结果验证

4.4 本章小结

第五章 总结

5.1 总结

参考文献

致谢

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摘要

VDMOS器件作为新一代功率集成电力电子器件之一,应用领域包含常见的家庭消费类电子设备、汽车电子系统、智能电网,以及各类工业设备、动力机车、航天、船舶系统,是现代生活不可或缺的重要电子元件。而目前国内所有的功率VDMOS器件都用硅外延片制作,VDMOS器件的品质性能和高质量的硅外延材料紧密相连。针对具体器件用硅外延片结构进行细化设计不仅能够提高器件性能及研制成功率,同样也是外延厂家的迫切需要,因此具有较高的研究价值。
  本论文首先对VDMOS功率器件用外延材料进行结构解析,明确外延层的结构组成。然后借助Tsuprem4和Medici模拟软件平台,对不同结构外延层制作的VDMOS器件进行仿真研究。通过仿真分析外延层电阻率及其均匀性对器件性能的影响,得出外延层电阻率与器件击穿电压与导通电阻存在标准线性关系;通过仿真分析外延层厚度及其均匀性对器件性能的影响,得到外延层有效厚度必须大于临界穿通厚度;通过仿真分析外延层过渡区形貌对器件性能的影响,指明器件工艺是影响过渡区分析的重要因素,丰富了硅外延层过渡区理论。本文还通过As材料衬底的研究,解决了外延层结构参数一致的问题。
  本文在150V VDMOS器件的理论最佳外延层参数基础上,结合外延层参数与VDMOS器件击穿电压与导通电阻的对应关系,设计了一款应用于150V VDMOS器件的硅外延材料,仿真得到了最佳的器件性能。最后从质量控制的角度出发,完成了150V VDMOS器件用硅外延材料的生产制造工艺设计。

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