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高压厚膜SOI-LIGBT器件关键技术

高压厚膜SOI-LIGBT器件关键技术
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作者:
出版社: 人民邮电出版社
2023-07
版次: 1
ISBN: 9787115584816
定价: 149.00
装帧: 其他
开本: 其他
纸张: 胶版纸
页数: 201页
字数: 242千字
分类: 工程技术
  • 单片智能功率芯片是一种功能与结构高度集成化的高低压兼容芯片，其内部集成了高压功率器件、高低压转换电路及低压逻辑控制电路等，高压厚膜SOI基横向IGBT器件（高压厚膜SOI-LIGBT器件）在其中被用作开关器件，是该芯片中的核心器件，其性能直接决定了芯片的可靠性和功耗。本书共7章：介绍了厚膜SOI-LIGBT器件的工作原理，分析了器件的耐压、导通、关断原理；然后围绕高压厚膜SOI-LIGBT器件的关键技术，研究了高压互连线屏蔽技术、电流密度提升技术和快速关断技术三大类技术，分析了U型沟道电流密度提升技术、双沟槽互连线屏蔽技术、复合集电极快速关断技术等9种技术；围绕高压厚膜SOI-LIGBT器件的鲁棒性，研究了关断失效、短路失效、开启电流过充、低温特性漂移；探讨了厚膜SOI-LIGBT器件的工艺和版图。
      本书内容基于过去8年单片智能功率芯片国产化过程中的创新设计和工程实践积累进行编写，兼具理论启发性和工程实用性，适合功率半导体器件与集成电路领域内的科研、生产、教学人员阅读和参考。 张龙 2010年于中国矿业大学获学士学位，2013年、2018年于东南大学分别获硕士、博士学位，2018-2020年在东南大学从事博士后研究工作，目前为东南大学至善青年学 者，副教授，博士生导师，博士论文曾入选2019年度中国电子学会优 秀博士学位论文。主要研究方向为功率半导体集成工艺及器件，开发了600V高功率密度厚膜绝缘体上硅Bipolar-CMOS-DMOS-IGBT工艺，并实现了单片全集成智能功率芯片的自主制备。 孙伟锋 2000年、2003年、2007年于东南大学分别获学士、硕士及博士学位，目前为东南大学首 席教授，国家高层次人才，江苏省特聘教授，博士生导师。主要研究方向为功率半导体集成电路。 刘斯扬 2008年于合肥工业大学获学士学位，2011年、2015年于东南大学分别获硕士、博士学位，2015至2017年在东南大学从事博士后研究工作，目前为东南大学青年首 席教授，国家高层次人才，博士生导师，博士论文曾入选 2016年度中国电子学会优 秀博士学位论文。主要研究方向为功率半导体集成工艺、器件及可靠性。 第1章　绪论 1

    1.1　单片智能功率芯片与厚膜SOI工艺　1

    1.1.1　单片智能功率芯片　1

    1.1.2　厚膜SOI工艺　2

    1.1.3　LIGBT器件及其应用需求　3

    1.2　高压厚膜SOI-LIGBT器件的研究现状　6

    1.2.1　互连线技术　6

    1.2.2　电流密度提升技术　7

    1.2.3　短路鲁棒性　8

    1.2.4　关断鲁棒性　10

    1.2.5　快速关断技术　11

    1.3　本书内容　12

    参考文献　13

    第2章　高压厚膜SOI-LIGBT器件的基本原理　20

    2.1　耐压原理　20

    2.2　导通原理　22

    2.3　关断原理　24

    2.3.1　开关波形　24

    2.3.2　关断的物理过程　26

    2.4　短路过程与失效机理　27

    参考文献　32

    第3章　高压厚膜SOI-LIGBT器件的互连线技术　33

    3.1　HVI导致击穿电压下降的机理　33

    3.2　等深双沟槽互连线技术　35

    3.3　非等深双沟槽互连线技术　41

    3.4　本章小结　49

    参考文献　50

    第4章高压厚膜SOI-LIGBT器件的电流密度提升技术　51

    4.1　电流密度与闩锁电压的折中关系　51

    4.2　直角U型沟道技术　55

    4.3　非直角U型沟道技术　60

    4.4　本章小结　70

    参考文献　71

    第5章高压厚膜SOI-LIGBT器件的鲁棒性　73

    5.1　关断鲁棒性　73

    5.1.1　多跑道并联SOI-LIGBT器件的非一致性关断特性　73

    5.1.2　非一致性关断行为的改进　83

    5.2　短路鲁棒性　84

    5.2.1　双栅控制型器件及其短路能力　84

    5.2.2　沟槽栅U型沟道器件的特性　89

    5.2.3　平面栅与沟槽栅U型沟道器件的短路特性对比　94

    5.3　开启电流过冲与di/dt控制技术　104

    5.3.1　U型沟道SOI-LIGBT器件的di/dt可控性　104

    5.3.2　预充电控制技术　106

    5.4　击穿电压漂移现象　110

    5.4.1　低温动态雪崩测试　111

    5.4.2　动态雪崩稳定性机理　113

    5.4.3　优化策略讨论　118

    5.5　本章小结　122

    参考文献　122

    第6章高压厚膜SOI-LIGBT器件的快速关断技术　127

    6.1　漂移区深沟槽技术　127

    6.1.1　漂移区双沟槽器件及其关断特性　127

    6.1.2　漂移区三沟槽器件及其关断特性　135

    6.2　电压波形平台的产生机理与消除技术　144

    6.2.1　电压波形平台的产生机理　145

    6.2.2　电压波形平台的消除技术　148

    6.3　复合集电极技术　156

    6.3.1　复合集电极结构与原理　157

    6.3.2　复合集电极SOI-LIGBT器件的特性　160

    6.4　横向超结技术　165

    6.4.1　横向超结的排列方式　166

    6.4.2　关断过程电压波形分析　168

    6.4.3　横向超结优化策略　174

    6.5　阳极短路技术　178

    6.5.1　结构和工作机理　178

    6.5.2　电学特性　183

    6.6　本章小结　188

    参考文献　189

    第7章高压厚膜SOI-LIGBT器件工艺流程与版图设计　193

    7.1　工艺流程　193

    7.2　版图设计　196

    7.2.1　直条区域　196

    7.2.2　拐角区域与HVI　197

    7.2.3　跑道和隔离沟槽　197

    参考文献　198

    符号、变量注释表　199

    缩略语　201
  • 内容简介:
    单片智能功率芯片是一种功能与结构高度集成化的高低压兼容芯片，其内部集成了高压功率器件、高低压转换电路及低压逻辑控制电路等，高压厚膜SOI基横向IGBT器件（高压厚膜SOI-LIGBT器件）在其中被用作开关器件，是该芯片中的核心器件，其性能直接决定了芯片的可靠性和功耗。本书共7章：介绍了厚膜SOI-LIGBT器件的工作原理，分析了器件的耐压、导通、关断原理；然后围绕高压厚膜SOI-LIGBT器件的关键技术，研究了高压互连线屏蔽技术、电流密度提升技术和快速关断技术三大类技术，分析了U型沟道电流密度提升技术、双沟槽互连线屏蔽技术、复合集电极快速关断技术等9种技术；围绕高压厚膜SOI-LIGBT器件的鲁棒性，研究了关断失效、短路失效、开启电流过充、低温特性漂移；探讨了厚膜SOI-LIGBT器件的工艺和版图。
      本书内容基于过去8年单片智能功率芯片国产化过程中的创新设计和工程实践积累进行编写，兼具理论启发性和工程实用性，适合功率半导体器件与集成电路领域内的科研、生产、教学人员阅读和参考。
  • 作者简介:
    张龙 2010年于中国矿业大学获学士学位，2013年、2018年于东南大学分别获硕士、博士学位，2018-2020年在东南大学从事博士后研究工作，目前为东南大学至善青年学 者，副教授，博士生导师，博士论文曾入选2019年度中国电子学会优 秀博士学位论文。主要研究方向为功率半导体集成工艺及器件，开发了600V高功率密度厚膜绝缘体上硅Bipolar-CMOS-DMOS-IGBT工艺，并实现了单片全集成智能功率芯片的自主制备。 孙伟锋 2000年、2003年、2007年于东南大学分别获学士、硕士及博士学位，目前为东南大学首 席教授，国家高层次人才，江苏省特聘教授，博士生导师。主要研究方向为功率半导体集成电路。 刘斯扬 2008年于合肥工业大学获学士学位，2011年、2015年于东南大学分别获硕士、博士学位，2015至2017年在东南大学从事博士后研究工作，目前为东南大学青年首 席教授，国家高层次人才，博士生导师，博士论文曾入选 2016年度中国电子学会优 秀博士学位论文。主要研究方向为功率半导体集成工艺、器件及可靠性。
  • 目录:
    第1章　绪论 1

    1.1　单片智能功率芯片与厚膜SOI工艺　1

    1.1.1　单片智能功率芯片　1

    1.1.2　厚膜SOI工艺　2

    1.1.3　LIGBT器件及其应用需求　3

    1.2　高压厚膜SOI-LIGBT器件的研究现状　6

    1.2.1　互连线技术　6

    1.2.2　电流密度提升技术　7

    1.2.3　短路鲁棒性　8

    1.2.4　关断鲁棒性　10

    1.2.5　快速关断技术　11

    1.3　本书内容　12

    参考文献　13

    第2章　高压厚膜SOI-LIGBT器件的基本原理　20

    2.1　耐压原理　20

    2.2　导通原理　22

    2.3　关断原理　24

    2.3.1　开关波形　24

    2.3.2　关断的物理过程　26

    2.4　短路过程与失效机理　27

    参考文献　32

    第3章　高压厚膜SOI-LIGBT器件的互连线技术　33

    3.1　HVI导致击穿电压下降的机理　33

    3.2　等深双沟槽互连线技术　35

    3.3　非等深双沟槽互连线技术　41

    3.4　本章小结　49

    参考文献　50

    第4章高压厚膜SOI-LIGBT器件的电流密度提升技术　51

    4.1　电流密度与闩锁电压的折中关系　51

    4.2　直角U型沟道技术　55

    4.3　非直角U型沟道技术　60

    4.4　本章小结　70

    参考文献　71

    第5章高压厚膜SOI-LIGBT器件的鲁棒性　73

    5.1　关断鲁棒性　73

    5.1.1　多跑道并联SOI-LIGBT器件的非一致性关断特性　73

    5.1.2　非一致性关断行为的改进　83

    5.2　短路鲁棒性　84

    5.2.1　双栅控制型器件及其短路能力　84

    5.2.2　沟槽栅U型沟道器件的特性　89

    5.2.3　平面栅与沟槽栅U型沟道器件的短路特性对比　94

    5.3　开启电流过冲与di/dt控制技术　104

    5.3.1　U型沟道SOI-LIGBT器件的di/dt可控性　104

    5.3.2　预充电控制技术　106

    5.4　击穿电压漂移现象　110

    5.4.1　低温动态雪崩测试　111

    5.4.2　动态雪崩稳定性机理　113

    5.4.3　优化策略讨论　118

    5.5　本章小结　122

    参考文献　122

    第6章高压厚膜SOI-LIGBT器件的快速关断技术　127

    6.1　漂移区深沟槽技术　127

    6.1.1　漂移区双沟槽器件及其关断特性　127

    6.1.2　漂移区三沟槽器件及其关断特性　135

    6.2　电压波形平台的产生机理与消除技术　144

    6.2.1　电压波形平台的产生机理　145

    6.2.2　电压波形平台的消除技术　148

    6.3　复合集电极技术　156

    6.3.1　复合集电极结构与原理　157

    6.3.2　复合集电极SOI-LIGBT器件的特性　160

    6.4　横向超结技术　165

    6.4.1　横向超结的排列方式　166

    6.4.2　关断过程电压波形分析　168

    6.4.3　横向超结优化策略　174

    6.5　阳极短路技术　178

    6.5.1　结构和工作机理　178

    6.5.2　电学特性　183

    6.6　本章小结　188

    参考文献　189

    第7章高压厚膜SOI-LIGBT器件工艺流程与版图设计　193

    7.1　工艺流程　193

    7.2　版图设计　196

    7.2.1　直条区域　196

    7.2.2　拐角区域与HVI　197

    7.2.3　跑道和隔离沟槽　197

    参考文献　198

    符号、变量注释表　199

    缩略语　201
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