功率MOSFET抗SEB能力的二維數(shù)值模擬

(1)與無緩沖層結(jié)構(gòu)相比，單緩沖層MOSFET的擊穿特性曲線多了2個(gè)拐點(diǎn)E和F，E點(diǎn)對應(yīng)n漂移區(qū)／n緩沖層高低結(jié)擊穿電場達(dá)到最大，該點(diǎn)稱為二次擊穿點(diǎn)；之后緩沖層耗盡層擴(kuò)展，直至n漂移區(qū)／n緩沖層界面附近過剩載流子濃度達(dá)到緩沖層背景摻雜濃度，這就是F點(diǎn)。
(2)隨著緩沖層厚度增加，E，F(xiàn)點(diǎn)間距增大；反之亦然。當(dāng)緩沖層厚度小到一定程度，E，F(xiàn)點(diǎn)重合。E，F(xiàn)兩點(diǎn)重合，可作為厚度優(yōu)化的一個(gè)參考。
(3)隨著緩沖層濃度減小，E點(diǎn)向B點(diǎn)移動。當(dāng)緩沖層濃度低到一定程度，E點(diǎn)與B點(diǎn)重合，F(xiàn)點(diǎn)表觀取代B點(diǎn)，此時(shí)漂移區(qū)過剩載流子濃度達(dá)到緩沖層背景摻雜濃度，由于緩沖層濃度高于外延層濃度，從而使負(fù)阻轉(zhuǎn)折臨界電流IB提高，從3．47x10-5A／μm提高到1．37x10-4A／μm。
(4)隨著緩沖層濃度增加，E點(diǎn)向電壓負(fù)方向移動，C點(diǎn)向電壓正方向移動。當(dāng)緩沖層濃度增加到一定值，E點(diǎn)電位低于C點(diǎn)電位。E點(diǎn)的擊穿成為限制器件抗SEB能力的限制因素。因此，對于單緩沖層結(jié)構(gòu)，存在一個(gè)最佳緩沖層濃度，由E，C兩點(diǎn)電壓相等獲得。若考慮厚度優(yōu)化(導(dǎo)通電阻優(yōu)化)，則由C，E，F(xiàn) 3點(diǎn)重合得到一個(gè)仿真厚度。
3．3 多緩沖層技術(shù)
采用緩沖層結(jié)構(gòu)，可改善電場分布，提高器件抗SEB能力。但對單緩沖層結(jié)構(gòu)，優(yōu)化緩沖層摻雜濃度，或使IB提高，或使Uc達(dá)到最佳，無法使兩者同時(shí)得到改善，有必要采用多緩沖層結(jié)構(gòu)。利用低摻雜濃度緩沖層提高IB，利用高濃度緩沖層提高Uc，這就是多緩沖層技術(shù)的思想。

參考單緩沖層濃度優(yōu)化思想，對三緩沖層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真，結(jié)果如圖5所示。無緩沖層時(shí)，IB=3．47×10-5A／μm，Uc=186 V；單緩沖層時(shí)，IB=3．47×10-5 A／μm，Uc=355 V；三緩沖層時(shí)，IB=1．03×10-3A／μm，Uc=536 V。可見，與無緩沖層和單緩沖層相比，三緩沖層的IB和Uc均得到了很大改善。

4 結(jié)論
緩沖層結(jié)構(gòu)可改善器件抗SEB能力：低摻雜濃度緩沖層有利于提高負(fù)阻轉(zhuǎn)折臨界電流，高濃度緩沖層更利于提高二次擊穿電壓。高、低濃度緩沖層結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可使器件負(fù)阻轉(zhuǎn)折臨界電流和二次擊穿電壓均得到改善。根據(jù)這一構(gòu)想，給出一種三緩沖層結(jié)構(gòu)，通過優(yōu)化摻雜濃度和厚度，使器件抗SEB效應(yīng)的綜合能力提高。仿真結(jié)果顯示，采用三緩沖層結(jié)構(gòu)，二次擊穿電壓近似為無緩沖層結(jié)構(gòu)的3倍，負(fù)阻轉(zhuǎn)折臨界電流提高近30倍。