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高壓大電流DMOS外延區電阻率設計

冬至子 ? 來源:半導體技術人 ? 作者:半導體技術人 ? 2023-07-07 15:30 ? 次閱讀

功率MOS場效應晶體管參數指標中規定的電參數一般分為三大類:直流參數、交流參數和極限參數。直流參數包括:漏源擊穿電壓BVDSS,靜態漏源導通電阻RDS(on),柵閾值電壓VGS(th),正向跨導gfs等;交流參數包括:輸入電容Ciss、輸出電容Coss,反向傳遞電容Crss,開關時間ton、ts、tf等;極限參數包括:連續電流ID和脈沖漏電流IDM,最大耗散功率PD,柵源電壓VGS,單脈沖雪崩耐量EAS等。

功率MOS場效應晶體管的設計任務就是根據用戶使用要求,確定主要電學參數指標,設計出滿足參數指標要求的縱向參數、橫向參數和熱學參數。

功率MOS場效應晶體管在實際設計過程中,主要從以下幾個方面進行設計:功率MOS場效應晶體管的結構設計、功率MOS場效應晶體管的主要電參數設計、功率MOS場效應晶體管的工藝設計以及功率MOS場效應晶體管的零部件設計。

產品電參數指標可知,該產品具有漏源擊穿電壓(BVDSS)、導通電阻低、電流容量高、耗散功率大、抗靜電擊穿能力強等特點。產品具有電壓控制、快開關速度、易并聯以及電參數溫度穩定性高。非常適合應用于開關電源、馬達驅動、逆

變器、斬波器、音頻放大器以及高能量脈沖電路。

表1 產品電參數指標(25℃)

圖片

外延區電阻率:

漏源擊穿電壓越大,外延層摻雜濃度越小 (電阻率越大),對于平行平面結,外延層摻雜濃度為:

圖片

但是,在實際VDMOS結構中,PN結并不是理想的平行平面結,采用平面擴散或離子注入工藝制備的PN結邊緣為柱面結或球面結,由于不可避免的邊緣效應,盡管有各種終端結構,仍不能避免PN結提前擊穿。因此,在設計中我們必須留出充分的余量,在計算中將BV乘以一個系數K。通常當漏源擊穿電壓大于200V時,K取0.7。所以上式變為:

圖片

產品電參數指標給出的漏源擊穿電壓的下限為500V,考慮20%的裕量,設計漏源擊穿電壓值為600V,帶入(2)式計算得到N外延層摻雜濃度Nb=3.24×1014 cm-3。

根據摻雜濃度與電阻率的關系,外延層電阻率設計為:

圖片

所設計的外延層電阻率的范圍為:

14Ω.cm<ρ<16Ω.cm

圖片

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