功率LDM0 S中的場極板設(shè)計

下面將詳細(xì)討論多晶柵場極板的長度和位置對漂移區(qū)表面電場和電勢的影響。圖4為不同場板長度下漂移區(qū)表面電場分布。由圖可見，隨著場板長度的增加，場板下的電場峰值先減小后增加，這是因為場板長度較短時，場板末端與場氧鳥嘴區(qū)以及p阱／n-漂移區(qū)結(jié)距離較近，等勢線在此區(qū)域分布較密，三者相互作用可使此處表面電場增強(qiáng)，器件容易在此處發(fā)生雪崩擊穿；隨著場板長度增加，場板末端和漏極距離縮短，進(jìn)而調(diào)制漏電極附近的電場峰值，使得電場在整個漂移區(qū)內(nèi)分布更加均勻，提高器件的耐壓能力。但是場板長度過長時，反而會增強(qiáng)漏端電場，因此，對于LDMOS，場板長度有一個最優(yōu)值。

圖5為不同場板位置時漂移區(qū)表面電場分布，此時場板長度取2．5μm。由圖知，隨著場板向漏端靠近，場板下的電場峰值逐漸增加，這是場板所加電壓與漏壓共同作用所致。這一點對提高器件的耐壓能力很有幫助，也是優(yōu)化設(shè)計場極板位置的主要依據(jù)。當(dāng)場極板遠(yuǎn)離柵極時，出現(xiàn)溝道末端電場上升，漏端電場下降的趨勢?？紤]到漏端電場峰值更大，此處是器件的擊穿點，因此設(shè)計時主要考慮降低漏端電場峰值。因此，針對文中的LDMOS器件結(jié)構(gòu)，場板位置應(yīng)該設(shè)計在靠近漏極處。從圖4和圖5可見最大電場峰值位于漏端，因此一旦發(fā)生熱載流子效應(yīng)，這里電離積分很大，是熱電子產(chǎn)生的主要區(qū)域。與柵氧化層處的熱載流子效應(yīng)不同，漏端熱載流子進(jìn)入場氧化層形成的界面電荷距離溝道很遠(yuǎn)，因此不會改變器件的閾值電壓，但是這部分電荷會影響到漂移區(qū)電流密度的分布，進(jìn)而改變器件的驅(qū)動電流和跨導(dǎo)，對LDMOS的可靠性產(chǎn)生影響。

圖6為場板加不同電壓時的漂移區(qū)表面電場分布圖。此時場板長度取2．5μm，場板距離柵極0．5μm。從圖中可以看出，隨著場板所加電壓的增大，場板靠近柵極的一端電場峰值增大，而靠近漏極一端的電場峰值減小，即整個場板區(qū)的電勢降落隨場板電壓的增大而增大。而其他區(qū)域的電場隨場板電壓變化不大。因此對于LDMOS場板電壓的控制也是器件設(shè)計的一個重要因素。

3 結(jié)論
本文根據(jù)LDMOS器件漂移區(qū)電場分布和電勢分布的二維解析模型，通過分段求解泊松方程得出了器件漂移區(qū)表面電勢分布和電場分布的解析表達(dá)式，并根據(jù)所得的表達(dá)式分析了LDMOS一階場板的長度和位置以及場板所加電壓對于其漂移區(qū)表面電勢和電場分布的影響。計算結(jié)果表明，LDMOS的場板各參數(shù)對于器件的性能有很大影響。因此，本文的分析模型對于實際LDMOS器件的設(shè)計有著重要的指導(dǎo)意義。