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基于LDMOSFET热载流子效应的可靠性研究

罗扣

  LDMOSFET(Laterally Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tran-sistor,横向扩散金属氧化物半导体场效应管)是高压功率器件,在通信、雷达等高科技领域极具优势,它可以在较高的漏源电压以及高频率、高温度的条件下表现优异。在这些领域中,周围环境恶劣,高压功率器件的设计是集成电路中不可或缺的组成部分,甚至是整个设计的重点和难点。 普通MOS的典型结构是两个有源区中间直接是一个反型层沟道,从而形成简单的电流回路,在高功率器件领域,由于对高增益、大电流的不断需求,器件的耐压能力以及驱动能力也在逐渐增强,使得这种简单结构的MOS变得无法使用,LDMOS的漂移区(drift region)结构很好的解决了这一问题,甚至使得沟道长度变短时产生的各种短沟道效应明显减弱。LDMOS器件一直向着向高增益、高效率的方向发展,随着栅氧厚度、结深、沟道长度的减小,器件在高压环境下,必然会产生高电场区域,MOSFET沟道中电场场强增加,载流子在这种强电场的作用下将获得很高的能量,这些高能载流子称为“热载流子”。热载流子撞击晶格原子,发生碰撞电离现象,产生次级电子空穴对,其中,部分空穴成为了衬底电流,而部分热载流子可以越过Si/SiO2势垒.形成栅极电流,在Si/SiO2处产生界面态和栅氧内产生陷阱,使得器件阈值电压、跨导等各种性能退化,从而影响了器件的使用寿命。 根据LDMOS的碰撞电离机理,衬底电流和部分的栅极电流都是由碰撞电离产生,而衬底电流比栅极电流高了几个数量级,衬底电流表征了器件的碰撞电离程度,因此衬底电流在一定程度上反映了器件的热载流子效应的程度。在本文中首先讨论了LDMOS的基本电学特性,如I-V特性,亚阈值特性,击穿特性等等;然后,根据LDMOS的结构特点及其电学特性,结合MEDICI仿真软件,在普通MOS衬底电流模型的基础上,本文建立了一个适合长沟道LDMOS的衬底电流模型。为了尽可能准确的预测热载流子效应引起的器件退化特性,需要给LDMOS施加最坏应力条件,由于LDMOS与普通MOS结构的不同,本文分析了LDMOS的最坏热载流子应力条件,并详细讨论了器件在不同结构下器件的热载流子效应。 随着器件尺寸的缩小,LDMOS的强场效应直接影响到了器件的可靠性,高能量载流子除了可以产生热载流子效应外,还可以从其他途径和方式威胁到器件的正常工作,如寄生BJT效应和Kirk效应等,本文的最后从安全工作区域的角度分析影响LDMOS可靠性的其中4种主要负面效应。……   
[关键词]:LDMOS;漂移区;热载流子效应;衬底电流;热载流子;器件可靠性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:安徽大学2012年