Исследование и разработка конструктивно-технологических решений по расширению области безопасной работы мощных КНИ МОП-транзисторов интеллектуальных силовых интегральных схем

• Автор: Артамонова, Евгения Анатольевна
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 150 с. : ил.

1.1 Состав интеллектуальных силовых ИС и требования к мощному элемент.

1.2 Способы изоляции элементов интеллектуальных силовых ИС

1.3 Достоинства и недостатки интеллектуальных силовых ИС, созданных на основе тонкопленочной КНИтехнологии
1.4 Существующие конструктивнотехнологические варианты создания мощных КНИтраизисторов для интеллекгуальных силовых ИС

1.5 Область безопасной работы мощных ключей.

1.6 Методы исследования мощных КНИ МОПтранзисторов.

1.7 Общие выводы, постановка цели и задач диссертации.

ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ ПЛАНАРНОГО МОЩНОГО КНИ МОПТРАНЗИСТОРА С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ФАКТОРОВ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ ЕГО ОБЛАСТЬ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ, И СОЗДАНИЕ РАСЧЕТНОЙ МОДЕЛИ ОПТИМИЗИРУЕМОЙ КОНСТРУКЦИИ.
2.1 Анализ факторов, ограничивающих область безопасной работы мощных КНИ МОПтранзисторов по напряжению и току.
2.2 Анализ базовых ячеек мощных КНИ МОПтранзисторов и создание на основе анализа расчетной модели для оптимизации структуры прибора
2.3 Выводы
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБЛАСТИ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ ПЛАНАРНЫХ МОЩНЫХ КНИ МОПТРАНЗИСТОРОВ
3.1 Особенности моделирования мощных КНИ МОПтранзисторов.
3.2 Маршрут моделирования области безопасной работы мощных КНИ МОПтранзисторов
3.3 Создание трехмерной модели исследуемого прибора для расчета его электрических характеристик.
3.4 Обзор основных моделей для расчета электрических характеристик прибора.
3.5 Моделирование распределения тепловых потоков.
3.6 Выводы.
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ФАКТОРОВ, ОГРАНИЧИВАЮЩИХ ОБЛАСТЬ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ МОЩНОГО КИИ МОПТРАНЗИСТОРА, ОТ КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИБОРА
4.1 Исследование зависимости пробивного напряжения от конструктивнотехнологических параметров прибора.
4.2 Исследование зависимости предельного значения выходного тока, ограниченного включением паразитного биполярного транзистора, от конструктивнотехнологических параметров прибора.
4.3 Исследование зависимости параметров температурной области безопасной работы от конструктивнотехнологических параметров прибора.
4.4 Сопоставление границ электрической и температурной области безопасной работы прибора.
4.5 Выводы.
ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТИВНОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
РЕШЕНИЙ СОЗДАНИЯ ПЛАНАРНЫХ МОЩНЫХ КНИ МОПТРАНЗИСТОРОВ С РАСШИРЕННОЙ ОБЛАСТЬЮ БЕЗОПАСНОЙ РАБОТЫ
5.1 Исследование тепловых свойств базовых ячеек мощного КНИ МОПтранзистора
5.1.1 Исследование тепловых свойств тестовой ячейки мощного транзистора.
5.1.2 Исследование тепловых свойств мощного транзистора в составе ИСИС.
5.1.3 Исследование распределения температуры вне областей размещения мощного транзистора в ИСИС.
5.1.4 Экспериментальное исследование тестовой ячейки мощного транзистора
5.2 Выбор конструкции и технологии изготовления мощного элемента базовой ячейки с целью расширения его области безопасной работы
5.3 Выводы.
ВЫВОДЫ ПОРАБОТИ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Международная научнотехническая конференция Микро и наноэлектроника , г. Международная научнотехническая конференция Микроэлектроника и наноинженерния, Москва, . Ii i i, . Публикации. Результаты диссертации опубликованы в печатных работах, из которых 3 статьи, в том числе 2 статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК, и 9 тезисов докладов на научнотехнических конференциях. Структу ра и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, 2 приложений, списка использованных источников из 4 наименований. ГЛАВА 1. Состав интеллектуальных силовых ИС и требования к мощному элементу. Одним из важнейших направлений развития современной силовой электроники является объединение на одном кристалле мощного элементаключа с высокопроизводительными логическими схемами. Такие схемы, получившие название интеллектуальных силовых интегральных схем 1, обеспечивают выполнение следующих функций управления мощностью, защиты ключа и слежения за состоянием нагрузки, взаимодействия с логическими схемами. Роль мощного элементаключа состоит в коммутации различных частей схемы. Все перечисленные параметры прибора сильно взаимосвязаны. Максимальная величина напряжения пробоя полупроводникового прибора в частности определяется размером области пространственного заряда ОПЗ рп перехода. Таким образом, минимальные размеры мощного элемента а, следовательно, и занимаемая прибором площадь обуславливаются тем, какое максимальное напряжение способен выдерживать мощный прибор. В свою очередь, чем больше занимаемая прибором площадь, тем больше паразитные емкости и соответственно меньше быстродействие мощного элемента . Интеллектуальный мощной ключ должен не только реагировать на сигналы с микропроцессора, но и иметь возможность выдавать микропроцессору сообщения о состоянии схемы и нагрузки. Для этого требуется объединить плотноупакованные КМОПсхемы с мощным ключом. Изза значительных всплесков напряжения и высоких температур, возникающих в результате саморазогрева мощных транзисторов, важнейшей задачей при разработке интеллектуальных силовых интегральных схем является задача изоляции низковольтной КМОПлогики от высоковольтной силовой части микросхемы. Не менее важной является задача совместимости технологий изготовления интеллектуальной и силовой частей схемы. Поскольку интеллектуальная часть схемы строится на основе КМОПтехнологии, одним из способов решения этой задачи является использование планарной КМОПтехнологии также для создания мощного элемента. Однако традиционный МОПтранзистор имеет низкое напряжение пробоя стокового перехода, что существенно ограничивает области его применения в качестве мощного ключа. Для преодоления этой проблемы была разработана конструкция МОПтранзистора со смещенным затвором , показанная на рисунке 1. Для повышения пробивного напряжения введена п область между затвором и сильнолегированным стоком, которая также как и охранные кольца в биполярном транзисторе приводит к изменению распределения напряженности электрического поля и значения его максимальной напряженности, что изменяет значение напряжения пробоя . Размер слаболегированной п область, получившей название пинчрезистор, выбирается в соответствии с величиной бокового ухода перехода стокподложка при требуемом потенциале на стоке. В работах и были разработаны и изготовлены планарные мощные МОПтранзисторы с пинчрезистором, имеющие величину пробивного напряжения в закрытом состоянии 0 В. Для уменьшения сопротивления прибора необходимо подавать большое напряжение на затвор либо увеличивать занимаемую мощным транзистором площадь. Для снижения сопротивления области смещения без увеличения площади прибора, в конструкцию мощного транзистора со смещенным затвором в работе впервые предложено ввести дополнительный электрод со стороны истока, как показано на рисунке 1. Рисунок 1. Структура планарного МОП транзистора а низковольтного, б высоковольтного. Рисунок 1. Способы изоляции интеллектуальных силовых ИС На сегодняшний день существует несколько технологий изготовления ИСИС.