vdmos电学特性仿真(附件)【字数：7991】
摘 要VDMOS不但拥有非常快的开关时间和接近无限大的输入阻抗，而且它的制作工艺简单、性能可靠又稳定，因而在电力电子领域内发挥了重要的作用，并且成为现如今应用范围比较广泛的功率半导体器件之一。本文首先介绍了国内外VDMOS的发展现状和趋势，确定了课题的研究内容，然后分析了VDMOS器件的结构和原理，研究了VDMOS的元胞，阐述了VDMOS的几个重要的电学参数。最后，利用Tsuprem4工艺仿真软件和Medici电学特性仿真软件仿真了器件的元胞结构、击穿电压和转移特性，得到的仿真结果与理论分析的一致。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2国内外发展现状与趋势 2
1.3研究目的及意义 3
1.4课题的研究内容 3
第二章 VDMOS的工作原理和结构 4
2.1VDMOS的结构 4
2.2VDMOS工作原理 4
2.3VDMOS的特点 5
第三章 VDMOS元胞结构和电学特性参数 7
3.1元胞结构 7
3.2VDMOS的工艺流程 7
3.3电学参数设计 8
3.3.1阈值电压 8
3.3.2导通电阻 9
3.3.3漏源击穿电压 10
第三章 电学特性仿真 12
4.1仿真软件的介绍 12
4.2器件仿真步骤的介绍 12
4.3VDMOS电学特性仿真结果和分析 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 18
第一章 绪论
1.1课题的研究背景
20世纪八十年代末，在超大规模集成电路已经出现的背景下，出现了一批新型的功率器件，其中VDMOS以其优良的性能以及简单的工艺成为其中具有代表性的功率器件之一。
高功率垂直双扩散金属氧化物半导体（VDMOS）不仅能够应用于电能变换和电能控制的电路中，而且适用于线性应用和开关应用。VDMOS由于具有双极型晶体管的特性，在很多领域成功的替代了双极型晶体管，因而成为现今主流的半导体器件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
之一。
20世纪六十年代末，因为电力电子技术的出现，半导体学科被分成了两个主要的分支，分别是电力电子学和微电子学。微电子学以研究集成电路为核心，而电力电子学主要是研究功率半导体器件。如表11所示简述了在四个阶段功率半导体器件的发展。
表11 功率半导体所经历的四个代表性阶段表
阶段
时间
优点
代表器件
第一代
五、六十年代
体积小、功耗低
晶闸管
第二代
七十年代
开关频率高、控制方法简单
可关断晶闸管、功率双极型晶体管等
第三代
八十年代
更高的工作频率
MOS控制晶闸管、功率MOSFET、绝缘栅晶体管、静电感应晶体管和晶闸管
第四代
九十年代以后
集成功率等级不同的驱动、保护、检测和功率输出单元
功率集成电路和智能功率集成电路
相关研究人员在1979年提出了VDMOS，VDMOS的一个重要特性就是它的栅氧化层没有被暴露在外，使得器件不易受到污染和损坏，而且VDMOS没有使用V型槽的结构，正是这些优良的特性使得VDMOS发展的速度更快。如图11所示VVMOS需要V型槽的结构，而V型槽的结构严重影响了器件的击穿电压。如图12所示VUMOS的栅氧化层暴露在外面，会影响器件的特性和使用功能，VDMOS的出现成功的解决了VVMOS和VUMOS已经存在的问题。
图11 VVMOS结构 图12 VUMOS结构
VDMOS无论是在性能上和价格上都优于双极型功率器件，所以它在功率器件市场占了比较大的份额，并将继续上升。
目前VDMOS已经经历了30多年的发展，我国在不断优化VDMOS器件的特性上取得了重大的进步。VDMOS的应用范围也已经很广泛，但是VDMOS还是有缺点的，克服VDMOS的缺点就需要解决耐压和导通电阻之间的矛盾。因而VDMOS发展的方向大致有两个，第一个方向是通过将芯片的面积减少，降低导通电阻来制成功耗比较低的低耐压器件。第二个方向是通过增加外延层浓度，降低导通电阻来制作成高耐压器件，但是前提是击穿电压必须比较高。从VDMOS发展两个方向来看，无论是高压VDMOS还是低压VDMOS，导通电阻的大小都起着举足轻重的作用。
1.2国内外发展现状与趋势
从市场角度来看，氧化物场效应晶体管（VDMOS）从 2016年第三季度有反弹迹象，在这之后市场繁荣。依据IHS Markit提供的数据，2017年功率半导体市场包含功率模组和离散元件在内，在全球拥有383亿美元的销售额，较上一年有7.5%的增长率。
VDMOS包含了电子电力技术和微电子技术，是新一代电力半导体器件，具有功率集成化的优点，现在已经成为半导体分立器件中的高科技产物，而且广泛被使用，涉及许多行业的各个领域，市场需求量大，发展前景好。在21世纪初我国半导体分立器件市场额已经约为1160.4亿元，占全球分立器件市场规模的33.3%，而国内需求的90%以上却依然在依赖进口，所以国家计委几年来一直将其列为高端技术产业化重大专项项目，直到现在半导体分立器件仍然是国家重点支持的高科技项目。目前中国大陆已有相关分立器件公司300余家，其中包含了所有的从事半导体分立器件芯片制造、测试以及封装的公司，创造了10万多个就业岗位。目前国内有20余家从事分立器件制造的企业具有生产4英寸5英寸分立器件芯片的工业能力，其中产能较高的企业的主要有天津中环、苏州固锝、江阴新顺、深圳深爱、华润华晶、吉林华星等。氧化物场效应晶体管有提升性能、提高效率的特殊作用。此外，氧化物场效应晶体管技术广泛的应用于通信、手机、计算机及其他类似的低压设备，照明设备例如节能灯，PDP和LED显示器的电源，在高频范围内的音响设备等各个工业技术领域。
目 录
第一章 绪论 1
1.1课题的研究背景 1
1.2国内外发展现状与趋势 2
1.3研究目的及意义 3
1.4课题的研究内容 3
第二章 VDMOS的工作原理和结构 4
2.1VDMOS的结构 4
2.2VDMOS工作原理 4
2.3VDMOS的特点 5
第三章 VDMOS元胞结构和电学特性参数 7
3.1元胞结构 7
3.2VDMOS的工艺流程 7
3.3电学参数设计 8
3.3.1阈值电压 8
3.3.2导通电阻 9
3.3.3漏源击穿电压 10
第三章 电学特性仿真 12
4.1仿真软件的介绍 12
4.2器件仿真步骤的介绍 12
4.3VDMOS电学特性仿真结果和分析 13
结束语 15
致 谢 16
参考文献 17
附录A 18
第一章 绪论
1.1课题的研究背景
20世纪八十年代末，在超大规模集成电路已经出现的背景下，出现了一批新型的功率器件，其中VDMOS以其优良的性能以及简单的工艺成为其中具有代表性的功率器件之一。
高功率垂直双扩散金属氧化物半导体（VDMOS）不仅能够应用于电能变换和电能控制的电路中，而且适用于线性应用和开关应用。VDMOS由于具有双极型晶体管的特性，在很多领域成功的替代了双极型晶体管，因而成为现今主流的半导体器件 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
之一。
20世纪六十年代末，因为电力电子技术的出现，半导体学科被分成了两个主要的分支，分别是电力电子学和微电子学。微电子学以研究集成电路为核心，而电力电子学主要是研究功率半导体器件。如表11所示简述了在四个阶段功率半导体器件的发展。
表11 功率半导体所经历的四个代表性阶段表
阶段
时间
优点
代表器件
第一代
五、六十年代
体积小、功耗低
晶闸管
第二代
七十年代
开关频率高、控制方法简单
可关断晶闸管、功率双极型晶体管等
第三代
八十年代
更高的工作频率
MOS控制晶闸管、功率MOSFET、绝缘栅晶体管、静电感应晶体管和晶闸管
第四代
九十年代以后
集成功率等级不同的驱动、保护、检测和功率输出单元
功率集成电路和智能功率集成电路
相关研究人员在1979年提出了VDMOS，VDMOS的一个重要特性就是它的栅氧化层没有被暴露在外，使得器件不易受到污染和损坏，而且VDMOS没有使用V型槽的结构，正是这些优良的特性使得VDMOS发展的速度更快。如图11所示VVMOS需要V型槽的结构，而V型槽的结构严重影响了器件的击穿电压。如图12所示VUMOS的栅氧化层暴露在外面，会影响器件的特性和使用功能，VDMOS的出现成功的解决了VVMOS和VUMOS已经存在的问题。
图11 VVMOS结构 图12 VUMOS结构
VDMOS无论是在性能上和价格上都优于双极型功率器件，所以它在功率器件市场占了比较大的份额，并将继续上升。
目前VDMOS已经经历了30多年的发展，我国在不断优化VDMOS器件的特性上取得了重大的进步。VDMOS的应用范围也已经很广泛，但是VDMOS还是有缺点的，克服VDMOS的缺点就需要解决耐压和导通电阻之间的矛盾。因而VDMOS发展的方向大致有两个，第一个方向是通过将芯片的面积减少，降低导通电阻来制成功耗比较低的低耐压器件。第二个方向是通过增加外延层浓度，降低导通电阻来制作成高耐压器件，但是前提是击穿电压必须比较高。从VDMOS发展两个方向来看，无论是高压VDMOS还是低压VDMOS，导通电阻的大小都起着举足轻重的作用。
1.2国内外发展现状与趋势
从市场角度来看，氧化物场效应晶体管（VDMOS）从 2016年第三季度有反弹迹象，在这之后市场繁荣。依据IHS Markit提供的数据，2017年功率半导体市场包含功率模组和离散元件在内，在全球拥有383亿美元的销售额，较上一年有7.5%的增长率。
VDMOS包含了电子电力技术和微电子技术，是新一代电力半导体器件，具有功率集成化的优点，现在已经成为半导体分立器件中的高科技产物，而且广泛被使用，涉及许多行业的各个领域，市场需求量大，发展前景好。在21世纪初我国半导体分立器件市场额已经约为1160.4亿元，占全球分立器件市场规模的33.3%，而国内需求的90%以上却依然在依赖进口，所以国家计委几年来一直将其列为高端技术产业化重大专项项目，直到现在半导体分立器件仍然是国家重点支持的高科技项目。目前中国大陆已有相关分立器件公司300余家，其中包含了所有的从事半导体分立器件芯片制造、测试以及封装的公司，创造了10万多个就业岗位。目前国内有20余家从事分立器件制造的企业具有生产4英寸5英寸分立器件芯片的工业能力，其中产能较高的企业的主要有天津中环、苏州固锝、江阴新顺、深圳深爱、华润华晶、吉林华星等。氧化物场效应晶体管有提升性能、提高效率的特殊作用。此外，氧化物场效应晶体管技术广泛的应用于通信、手机、计算机及其他类似的低压设备，照明设备例如节能灯，PDP和LED显示器的电源，在高频范围内的音响设备等各个工业技术领域。
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