SBLDMOS：新型高压LDMOS器件结构与耐压模型

"基于衬底偏压电场调制的高压器件新结构及耐压模型 (2012年)，李琦、唐宁、王卫东、李海鸥，桂林电子科技大学信息与通信学院" 这篇2012年的学术论文探讨了一种创新的高压器件结构，称为SBLDMOS（衬底偏压电场调制的薄层硅基LDMOS），该结构是针对高压应用而设计的。LDMOS（轻掺杂漏极金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种广泛用于功率电子设备的晶体管，特别是需要高耐压和良好开关性能的应用。 传统的LDMOS器件通常面临击穿电压的限制，这会影响其在高压电路中的使用。SBLDMOS结构通过在高阻P型衬底背面注入N+薄层，利用衬底反偏电压的电场调制作用来改变体内电场分布。这一创新设计使得纵向漏端电压不再仅由源端下的PN结承担，而是由源端和漏端下两个衬底PN结共同分担，从而显著提升了器件的击穿特性，增强了其耐压能力。 为了理解这种新结构的工作原理，作者求解了漂移区电势的二维Poisson方程，这是解决半导体器件中电荷分布和电场的关键数学工具。通过这种方式，他们得到了表面电场和击穿电压的解析式，这有助于深入分析器件结构参数如何影响这些关键性能指标。 通过仿真对比，SBLDMOS相比于传统的埋层LDMOS，其击穿电压提高了63%，这是一个显著的进步，意味着在相同的体积和材料条件下，SBLDMOS可以承受更高的工作电压，且更不容易损坏。这不仅提高了器件的可靠性，还可能缩小器件的尺寸，降低制造成本。 论文中提到的关键词“衬底偏压”、“电场调制”、“击穿电压”和“耐压模型”都是高压半导体器件设计的核心概念。衬底偏压是指通过调整衬底与源极之间的电压来改变器件内部的电场分布，电场调制则是利用这一手段优化性能。击穿电压是指一个器件能承受的最大电压，超过这个值可能会导致器件损坏。耐压模型则用于描述器件在高压下的行为和预测其可靠性。 这项研究为高压器件的设计提供了一个新的思路，通过改进衬底结构和利用电场调制技术，可以在不牺牲性能的前提下提升LDMOS器件的击穿电压，这对于电力电子、通信和工业电源等领域具有重要的实际应用价值。