P型溝道靜電感應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)與版圖設(shè)計(jì)

1P型溝道靜電感應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)與版圖設(shè)計(jì)IT得到與N型靜電感應(yīng)晶體管相同的IV特性曲線。在試驗(yàn)中建立相關(guān)的物理模2第一章緒論應(yīng)控制電路等[1]。電子電力技術(shù)是基于電子器件發(fā)展起來(lái)的，所以要想進(jìn)一步提高該項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化電子器件的性能。和晶體三極管(BJT)等。這些器件是全控型器件，不需要電路輔助系統(tǒng)，能自表1.1基本電力電子器件的性能比較[1]慢快慢低高低低3和靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)，構(gòu)成了龐大的靜電感應(yīng)器件的大家族。率特性得到了很大的發(fā)展。代表型的器件有日本樂(lè)器公司出產(chǎn)的200W60MHz體4學(xué)習(xí)軟件Silvaco理論分析確定p型溝道靜電感應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)(材料參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù))不符合匹配要求編寫(xiě)程序，利用Silvaco軟件進(jìn)行模擬分析模擬出的p型溝道靜圖5第二章靜電感應(yīng)晶體管應(yīng)晶體管的基本類型1、靜電感應(yīng)晶體管(SIT)(1)是單極性器件，所以工作速度比較快；(2)柵極是利用pn結(jié)的反偏控制，溝道中沒(méi)有來(lái)自柵極的少子注入，器(3)器件是垂直溝道，相比于場(chǎng)效應(yīng)晶體管，溝道更短更窄；優(yōu)異；(6)無(wú)電流集中，所以耐擊穿強(qiáng)度比較高。2、雙極型靜電感應(yīng)晶體管(BSIT)4)與GTO相比，關(guān)斷時(shí)間短。另外，BSIT在很寬的電流范圍內(nèi)都具有很高的電流放大倍數(shù)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)大3、靜電感應(yīng)晶閘管(SITH)6應(yīng)晶體管的基本結(jié)構(gòu)布7更大的阻斷增益，可以提高柵陰擊穿電壓BV。但是埋柵結(jié)構(gòu)器件的柵極因?yàn)镚K復(fù)合結(jié)構(gòu)[3,5](如圖2.3所示)是利用大面積擴(kuò)磷的的方法形成陰極源區(qū)，介質(zhì)蓋柵結(jié)構(gòu)[3,5](如圖2.4所示)是在柵條表面上生長(zhǎng)和并淀積SiO2，然槽柵結(jié)構(gòu)[3,5](如圖2.5所示)是利用等離子體刻蝕、擴(kuò)散、氧化、化學(xué)氣8地方注入n+型的第二個(gè)控制柵極。這樣，該結(jié)構(gòu)在開(kāi)通時(shí)，電子和空穴同時(shí)由應(yīng)晶體管的基本理論靜電感應(yīng)晶體管(SIT)不同于其它的不同于其他的電壓控制型器件，比如電感應(yīng)晶體管的工作原理9勢(shì)壘的前提條件。器件正常工作時(shí)，漏極接正向偏壓V，源極接地，柵極接負(fù)DG壘。圖2.10一維溝道電勢(shì)曲線圖線圖如圖2.10所示，在溝道的x處電勢(shì)為最低點(diǎn)。又因?yàn)殡妱?shì)是q0，根據(jù)這0能的一維分布曲線圖xx溝道的00當(dāng)漏極偏壓V增大時(shí)，會(huì)在漏極重?fù)诫s的n+區(qū)靠近溝道一面感應(yīng)出更多的D.E=可知靠近漏極區(qū)的電場(chǎng)增大，而源極區(qū)的電場(chǎng)幾乎沒(méi)有發(fā)生變化，此時(shí)畫(huà)出溝GG(a)(b)類三極管特性(c)混合特性(d)類五極管特性的最佳匹配參數(shù)。：(1)柵溝pn結(jié)是p+n單邊突變結(jié)，空間電荷區(qū)在n型的溝道中；(2)柵控制區(qū)的縱向截面為簡(jiǎn)單的矩形模型；(3)柵條的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溝道寬度，因此對(duì)于IV特性的理論計(jì)算可以為了計(jì)算的簡(jiǎn)便，設(shè)想在非本征區(qū)靠近漏區(qū)的邊界中心處接一個(gè)本征漏極D*，DTDDT4.1小電流模型[7]c -1)D因?yàn)槭嵌S近似模型，所以電勢(shì)(x,y)用泊松方程可表示為：x,y)+?2(x,y)qN一=一D?y2c 應(yīng)出的的正電荷產(chǎn)生的電勢(shì)，稱作二維的拉普拉斯分量，記為(x,y)；(2)L溝道中的離化正電荷產(chǎn)生的電勢(shì)，稱作泊松分布量，記為(x,y)。本征區(qū)溝Px上基本不變，泊松分量可簡(jiǎn)化為(y)。P(x,y)=(x,y)+(y)(2-3)LPxy勢(shì)，源GC=-(C=-(VGGB00 式中C是柵溝p+n結(jié)的自建電勢(shì)，B0濃度，N+是源極區(qū)的參雜濃度。DCB0C0qn2Ai是源溝同型結(jié)n+n-的自建電勢(shì)，0qN-DC(y)服從的泊松方程是P(2-5)(2-5)C(y)服從的邊界條件為C(0)=0，C(a)=C。對(duì)式(2-5)求積分：PPPGPcPc在這里，記C=qN-Da2引入夾斷電壓V=C-C，帶入到(2-9)式中，得到：PPB0CP(y)=-CP()2-VG-VP+C0泊松分量的表達(dá)式。(2-6)(2-7)(2-8)(2-9) 溝道勢(shì)函數(shù)的另外一個(gè)拉普拉斯分量C(x,y)利用分離變量法求解，得：D0000 將A、B兩個(gè)參數(shù)帶入到(2-12)式，就可以得到本征區(qū)溝道電勢(shì)的二維分min"Bmin"B代入到式(2-15)中，得到溝道中心線除電勢(shì)的最小值是： 溝道勢(shì)壘的高度就是qCnIDI(2-18)=Iexp(qCmin)(2-18)0kTNNNNIIqDDqDD。式中D是電00nLnLnnn將(2-17)式代入到(2-18)式中，得到：(2-19)IIexpq[(VGB00)2AB](2-19)D0kTGDD2.4.2中、大電流模型[7]dyDd2(y)Pq(Nn(y))(2-20)dyD式中的n(y)溝道注入的電子沿y方向的分布。DD區(qū)域的半寬為a。當(dāng)aa時(shí)，IIqvN(2a)W。式中v是溝道中電子的漂移effDDminnsDns論。論ya時(shí)，由于電子的補(bǔ)償作用，該區(qū)域呈電中性，電勢(shì)(y)是常數(shù)，effP記C=n*(V記C=n*(V-C)，S=IDlim，則：IV*引入電流、電壓的歸一化表示：i=I(SVT)PpPGPaPa 有限漏電流DlimPPPI2IDlimDlim由(2-21)、 (2-22)、(2-23)式可得：C(y)=-V+V'-CPGP0C(y)=-V+V,-C-C(y-aeff)2PGP0Pa 將(2-11)和(2-24)、(2-25)式聯(lián)立，即可得到溝道的電勢(shì)C(x,y)。I為了計(jì)算的方便，對(duì)(2-23)式只取線性部分，即：V'-2C(D)。設(shè)IPPIminGP0山*?Vn*?V*GD可以算得：C=n*(V-C)+n*(V-2CID+VD*)minP0GPI山*n11P02CC=C+n*(V-D+D)帶入ID=I0exp(qCminkT)式中，得：IV*I=Iexp{[C+n*(V-D+D)]/IV*D1GS山*T Dn*和V*Vv(V+V*Vv(V+D)G*，可將(2-28)式化為：n*TTn*(2-29)(2-29)I(SVT)=(V+V)(VT)+lnI0exp(1VT)(2-30)Dn*G*n*SVTn*化簡(jiǎn)(2-30)式，可得：DG*n*SVn*I=S[V+V+DG*n*SVn*T由(2-31)式可以看出中大電流時(shí)，V不變時(shí)，漏極電流I和本征漏電GD壓V*呈線性關(guān)系。D第三章P型溝道靜電感應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)柵極電壓V增大，溝道勢(shì)壘升高，越過(guò)勢(shì)壘的載流子數(shù)目減少，因此漏電GDPPP和工藝參數(shù)T密不可分，當(dāng)然也有一些器件生產(chǎn)過(guò)程中難以避免的工藝誤差PT，但電學(xué)特性主要還是由M、S、T三個(gè)參數(shù)確定。將它們之間的關(guān)系可EPPPPPPP各制造參數(shù)M、S、T之間的匹配關(guān)系不同，函數(shù)形式FPPP(3-1)。晶體主要有(111)、(110)、(100)三個(gè)晶向，其中(111)晶向?qū)?yīng)的晶面介于中間。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用(111)晶向制作的器件其IV特性與(100)晶向的采用(111)晶向的硅材料。VnnnnLDT，而少子壽命T又與襯底的摻雜濃度有關(guān)系，所以少子擴(kuò)散nnnn長(zhǎng)度L與襯底的摻雜濃度有關(guān)，更進(jìn)一步，也就是說(shuō)襯底的厚度w與襯底的摻nn雜濃度N有關(guān)。A在本次試驗(yàn)中選襯底材料為摻B濃度11018cm3，對(duì)應(yīng)的少子壽命為nnn (a)溝道濃度N=11013cm3時(shí)呈類三極管特性A(a)溝道濃度N=21014cm3時(shí)呈混合特性A圖3.7不同溝道濃度下的IV特性Accgjjscjd本征溝道區(qū)長(zhǎng)度l等。b1.溝道厚度d0(2cV)120r0電常數(shù)，c是硅的相對(duì)介電常數(shù)，為11.8，V是柵溝pn+結(jié)的自建電勢(shì)，滿足：r0V=kTlnNNAD0qn2i (3-3)ADad2ad2a=c=(3-4)00與柵溝的摻雜濃度聯(lián)系在一起，必然影響著器件的電學(xué)特性[5]。(a)=0.39(b)=0.44(c)=0.62.溝道長(zhǎng)度l 溝道長(zhǎng)度對(duì)器件I-V特性的影響也比較大。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)器件溝道厚度一VcccCcN的要求[5]。權(quán)衡考慮，本次實(shí)驗(yàn)取定柵體厚度t為0.7m。Gg4.溝道寬度wc Q(3-5)I=(3-5)DT溝道厚度d/mccgsjgjscnACAWGN/cm321.器件結(jié)構(gòu)和IV特性曲線圖(a)器件的結(jié)構(gòu)是典型的表面柵型結(jié)構(gòu)。觀察圖發(fā)現(xiàn)，柵區(qū)浮在器件的(b)p型溝道SIT的IV特性曲線V(3-6)V(3-6)圖(b)即為圖(a)中p型夠道SIT對(duì)應(yīng)的IV特性曲線，是個(gè)類