Abstract
由於製程技術的進步, 金氧半電晶體(MOSFET's)可以擁有不錯的導通時電 流承載及關閉時耐壓的能力; 這些能力的提升主要是透過雙擴散技術的運 用以得到較短的有效通道以及在通道與汲極之間引入一個低濃度的漂移 區, 此漂移區將支撐大部份的跨壓. 功率金氧半電晶體有許多不同的結 構, 其中之一為垂直式雙擴散金氧半電晶體, 它比較適合作為單獨元件使 用(Vertical Double-Diffused MOSFET, VDMOS).垂直式雙擴散功率金氧 半電晶體的電流密度將是本論文所要探討的主題. 如果要增加電晶體的電 流密度勢必要降低電晶體的導通電阻; 當一個功率電晶體的導通電阻愈大 意味著導通時電晶體功率耗損愈多, 這是我們所不願意見到的. 因此, 我 們設計一些不同規格的電晶體, 從中尋找一個較簡單而有效的方法來探就 這些現象. 在此我們以加強型 n通道垂直式雙擴散功率金氧半電晶體作為 本次實驗的元件, 在設計時固定電晶體的通道寬度, 即元件的傳輸電導參 數維持不變, 然後藉由改變閘極長度的大小來觀看電晶體電流密度與閘極 長度之間的關係, 企圖從已知的量測數據中預測出最佳的閘極長度. 電晶 體如果能有最佳的閘極長度, 承載的電流密度將達到最大而提高它的性 能, 我們提出一套垂直式雙擴散功率金氧半電晶體閘極長度的最佳設計之 方法; 希望提供有用的資訊以作為在設計垂直式雙擴散功率金氧半電晶體 的依據.另外在不增加導通電阻但要提高電晶體的耐壓, 我們運用保護環 的技巧, 即在元件最外圍加上數圈封閉的 p型植入環以改善元件的耐壓 ;我們利用二極體來進行此項實驗, 在光罩設計時改變二極體外圍保護環 的圈數及環距, 然後量取二極體的逆向崩潰電壓, 透過保護環的引用對耐 壓的效果也將在本論文中加以討論.本次實驗過程將包含元件的設計與光 罩的繪製, 元件製程與量測,以及建立垂直式雙擴散功率金氧半電晶體導 通電阻的簡化模型與其設計準則. 論文的組織架構將如下安排: 第一章簡 述本論文主要的研究方向, 第二章回顧一些相關性的論文, 第三章介紹 元件的結構及工作原理 ;元件設計與製造放在第四章, 高電流及高電壓量 測列在第五章, 量測結果將在第六章加以分析並作更進一步的討論, 第七 章總結本次實驗的結果. Due to the advancement in processing technology, MOSFET's Metal- Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors) have been progressively improved to have appreciable on-state current- carrying and off-state voltage-blocking capabilities. These capabilitiies have increased primarily through the use of double-diffusion techniques to get short active channels. In the vertical double-diffused MOSFET (VDMOS), a lightly doped drift region between the channel and the drain contact, could support a large applied voltage. In this thesis, we have fabricated VDMOS with various gate lenghts. Current density is found to increase as the gate length increases but the on-resistance decrease. However, the transistor size increases due to larger gate length. An optimization method to obtain the most efficient use of the silicon area for the required current is proposed.