微电子与集成电路先进技术丛书 集成功率器件设计及TCAD仿真
出版时间：2018年版
丛编项： 微电子与集成电路先进技术丛书
内容简介
本书从电力电子到功率集成电路（PIC）、智能功率技术、器件等方面给电源管理和半导体产业提供了一个完整的描述。本书不仅介绍了集成功率半导体器件，如横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（LDMOSFET）、横向绝缘栅双极型晶体管（LIGBT）和超结LDMOSFET的内部物理现象，还对电源管理系统进行了一个简单的介绍。本书运用计算机辅助设计技术（TCAD）仿真实例讲解集成功率半导体器件的设计，代替抽象的理论处理和令人生畏的方程，并且还探讨了下一代功率器件，如氮化镓高电子迁移率功率晶体管（GaN功率HEMT）。本书内容有助于填补功率器件工程和电源管理系统之间的空白。书中包括智能PIC的一个典型的工艺流程以及很难在其他同类书中找到的技术开发组织图，通过对本书的阅读，可以使学生和年轻的工程师在功率半导体器件领域领先一步。
目录
译者序
原书前言
作者简介
第１章 电力电子，可以实现绿色的技术１
１.１ 电力电子介绍１
１.２ 电力电子的发展历程３
１.３ ＤＣ／ＤＣ变换器４
１.４ 线性稳压器４
１.５ 开关电容ＤＣ／ＤＣ变换器（电荷泵） ５
１.６ 开关模式ＤＣ／ＤＣ变换器６
１.７ 线性稳压器、电荷泵和开关调节器的比较８
１.８ 非隔离ＤＣ／ＤＣ开关变换器的拓扑结构８
１.８.１ Ｂｕｃｋ变换器９
１.８.２ Ｂｏｏｓｔ变换器１１
１.８.３ Ｂｕｃｋ－ｂｏｏｓｔ变换器１２
１.８.４ Ｃｕｋ变换器１４
１.８.５ 非隔离式变换器额外的话题１４
１.９ 隔离的开关变换器拓扑结构１６
１.９.１ 反激式变换器１６
１.９.２ 正激式变换器１７
１.９.３ 全桥变换器１８
１.９.４ 半桥变换器１９
１.９.５ 推挽变换器２０
１.９.６ 隔离ＤＣ／ＤＣ变换器其他话题２０
１.９.７ 隔离ＤＣ／ＤＣ变换器拓扑结构的比较２２
１.１０ ＳＰＩＣＥ电路仿真２２
１.１１ 对于电池供电器件的电源管理系统２３
１.１２ 小结２４
第２章 功率变换器和电源管理芯片２５
２.１ 用于ＶＬＳＩ电源管理的动态电压调节２５
２.２ 集成的ＤＣ／ＤＣ变换器２７
２.２.１ 分段的输出级２９
２.２.２ 一个辅助级的瞬态抑制３２
２.３ 小结３６
第３章 半导体产业和超摩尔定律３７
３.１ 半导体产业３７
３.２ 半导体产业的历史３８
３.２.１ 一个简要的时间表３８
３.２.２ 八叛逆３８
３.２.３ 半导体产业的历史路线图３９
３.３ 半导体产业的食物链金字塔４０
３.３.１ 第１层：晶圆和ＥＤＡ工具４１
３.３.２ 第２层：器件工程４２
３.３.３ 第３层：ＩＣ设计４２
３.３.４ 第４层：制造、封装和测试４３
３.３.５ 第５层：系统和软件４３
３.３.６ 第６层：市场营销４４
３.４ 半导体公司４５
３.５ 超摩尔定律４６
第４章 智能功率ＩＣ技术４９
４.１ 智能功率ＩＣ技术基础４９
４.２ 智能功率ＩＣ技术：历史展望５０
４.３ 智能功率ＩＣ技术：产业展望５２
４.３.１ 智能功率ＩＣ技术的工程组５２
４.３.２ 智能功率ＩＣ技术开发流程５５
４.３.３ 计划阶段５６
４.３.４ 工艺集成和器件设计５７
４.３.５ 布图、投片、制造和测试５８
４.３.６ 可靠性和标准５９
４.３.７ 目前智能功率技术的概述６０
４.４ 智能功率ＩＣ技术：技术展望６１
４.４.１ 智能功率技术中的器件６２
４.４.２ 智能功率ＩＣ技术的设计考虑６２
４.４.３ 隔离方法６５
第５章 ＴＣＡＤ工艺仿真介绍６７
５.１ 概述６７
５.２ 网格设置和初始化６７
５.３ 离子注入６９
５.３.１分析模型７０
５.３.２ 多层注入７１
目 录Ⅸ
５.３.３ ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟７１
５.４ 淀积７２
５.５ 氧化７３
５.５.１ 干氧氧化７３
５.５.２ 湿氧氧化７４
５.５.３ 氧化模型７４
５.６ 刻蚀７６
５.７ 扩散７７
５.７.１ 扩散机制７８
５.７.２ 扩散模型７９
５.８ 分凝８０
５.９ 工艺模拟器模型的校准８３
５.１０ ３Ｄ ＴＣＡＤ工艺仿真介绍８４
５.１１ ＧＰＵ仿真８５
第６章 ＴＣＡＤ器件仿真介绍８７
６.１ 概述８７
６.２ 器件仿真基础８７
６.２.１ 漂移－扩散模型８７
６.２.２ 离散化８８
６.２.３ Ｎｅｗｔｏｎ方法８９
６.２.４ 初始猜测和自适应偏置步长８９
６.２.５ 收敛问题９０
６.２.６ 边界条件９１
６.２.７ 瞬态仿真９３
６.２.８ 网格问题９３
６.３ 物理模型９３
６.３.１ 载流子统计９４
６.３.２ 杂质的不完全电离９４
６.３.３ 重掺杂效应９４
６.３.４ ＳＲＨ和Ａｕｇｅｒ复合９４
６.３.５ 雪崩击穿和碰撞电离９５
６.３.６ 载流子迁移率１０１
６.３.７ 热和自加热１０６
６.３.８ 带隙变窄效应１０７
６.４ ＡＣ分析１０７
６.４.１ 引言１０７
６.４.２ 基本的公式１０８
６.４.３ 在ＴＣＡＤ中的ＡＣ分析１１０
Ⅹ 集成功率器件设计及ＴＣＡＤ仿真
６.５ 在ＴＣＡＤ仿真中的陷阱模型１１１
６.５.１ 陷阱电荷的状态１１１
６.５.２ 陷阱动力学１１２
６.６ 量子隧穿１１５
６.６.１ 功率器件中量子隧穿的重要性１１５
６.６.２ ＴＣＡＤ仿真的基本隧穿理论１１６
６.６.３ 隧穿的非平衡Ｇｒｅｅｎ函数的介绍１１８
６.７ 器件仿真器模型的校准１１９
第７章 功率ＩＣ工艺流程的ＴＣＡＤ仿真１２０
７.１ 概述１２０
７.２ 一个模拟的功率ＩＣ工艺流程１２０
７.２.１ 工艺流程步骤１２０
７.２.２ 模拟的工艺流程的结构视图１２１
７.３ 智能功率ＩＣ工艺流程模拟１２２
７.３.１ Ｐ＋衬底１２２
７.３.２ Ｎ型掩埋层１２３
７.３.３ 外延层生长和深Ｎ连接１２５
７.３.４ 高压双阱１２７
７.３.５ Ｎ－ＬＤＭＯＳ的Ｐ型体注入１２８
７.３.６ 有源区面积／浅沟槽隔离（ＳＴＩ） １２９
７.３.７ Ｎ阱和Ｐ阱１３４
７.３.８ 低压双阱１３５
７.３.９ 厚栅氧层和薄栅氧层１３６
７.３.１０ 多晶栅１３９
７.３.１１ ＮＬＤＤ和ＰＬＤＤ １３９
７.３.１２ 侧墙１４１
７.３.１３ ＮＳＤ和ＰＳＤ １４２
７.３.１４ 后端工序１４４
第８章 集成功率半导体器件的ＴＣＡＤ仿真１５０
８.１ ＰＮ结二极管１５０
８.１.１ ＰＮ结基础１５０
８.１.２ 在平衡时的横向ＰＮ结二极管１５１
８.１.３ 正向导通（导通态） １５３
８.１.４ 一个ＰＮ结二极管的反向偏置１５６
８.１.５ 具有ＮＢＬ的横向ＰＮ结二极管１５６
８.１.６ ＰＮ结二极管的击穿电压增强１５８
８.１.７ 反向恢复１６６
８.１.８ Ｓｃｈｏｔｔｋｙ二极管１６９
目 录Ⅺ
８.１.９ Ｚｅｎｅｒ二极管１７０
８.１.１０ ＰＮ结二极管的小信号模型１７３
８.２ 双极结型晶体管１７４
８.２.１ ＮＰＮ型ＢＪＴ的基本工作原理１７５
８.２.２ ＮＰＮ型ＢＪＴ的击穿１７８
８.２.３ ＢＪＴ的Ｉ－Ｖ曲线族１８２
８.２.４ Ｋｉｒｋ效应１８２
８.２.５ ＢＪＴ热失控和二次击穿的仿真１８６
８.２.６ ＢＪＴ的小信号模型和截止频率的仿真１８８
８.３ ＬＤＭＯＳ １９１
８.３.１ 击穿电压的提高１９１
８.３.２ ＬＤＭＯＳ中的寄生ＮＰＮＢＪＴ ２２０
８.３.３ ＬＤＭＯＳ的导通电阻２２２
８.３.４ ＬＤＭＯＳ的阈值电压２２６
８.３.５ ＬＤＭＯＳ的辐照加固设计２２７
８.３.６ ＬＤＭＯＳ的Ｉ－Ｖ曲线族２２８
８.３.７ ＬＤＭＯＳ的自加热２３０
８.３.８ ＬＤＭＯＳ的寄生电容２３１
８.３.９ ＬＤＭＯＳ的栅电荷２３４
８.３.１０ ＬＤＭＯＳ非钳位感应开关（ＵＩＳ） ２３５
８.３.１１ ＬＤＭＯＳ的简洁模型２３６
第９章 集成的功率半导体器件的３ＤＴＣＡＤ模拟２３８
９.１ ３Ｄ器件的布局效应２３８
９.２ ＬＩＧＢＴ的３Ｄ仿真２４１
９.２.１ 关于ＬＩＧＢＴ ２４１
９.２.２ 分段阳极ＬＩＧＢＴ ２４１
９.２.３ 分段阳极ＬＩＧＢＴ３Ｄ工艺仿真２４４
９.２.４ 分段阳极ＬＩＧＢＴ的３Ｄ器件仿真２４６
９.３ 超结ＬＤＭＯＳ ２５４
９.３.１ 基本概念２５４
９.３.２ 超结ＬＤＭＯＳ的结构２６１
９.３.３ 超结ＬＤＭＯＳ的３Ｄ仿真２６１
９.３.４ 超结ＬＤＭＯＳ的３Ｄ器件仿真２６４
９.３.５ 一个具有相同的Ｎ漂移区掺杂的标准ＬＤＭＯＳ的３Ｄ仿真２６５
９.３.６ 一个Ｎ漂移区掺杂降低的标准ＬＤＭＯＳ的３Ｄ仿真２６５
９.３.７ 超结ＬＤＭＯＳ和标准ＬＤＭＯＳ的比较２６６
９.４ 超结功率ＦｉｎＦＥＴ ２６７
９.４.１ 超结功率ＦｉｎＦＥＴ的工艺流程２６９
Ⅻ 集成功率器件设计及ＴＣＡＤ仿真
９.４.２ 超结功率ＦｉｎＦＥＴ的测量结果２７０
９.４.３ 超结功率ＦｉｎＦＥＴ的３Ｄ仿真２７１
９.５ 大的互连仿真２７３
９.５.１ 大的互连的３Ｄ工艺仿真２７５
９.５.２ 大的互连的３Ｄ器件仿真２７９
第１０章 ＧａＮ器件介绍２８１
１０.１ 化合物材料与硅２８１
１０.２ ＧａＮ器件的衬底材料２８２
１０.３ Ⅲ －氮族纤锌矿结构的极化特性２８３
１０.３.１ 微观偶极子与极化矢量２８３
１０.３.２ 晶体结构与极化２８４
１０.３.３ 零净极化的理想ｃ０／ａ０比２８４
１０.４ ＡｌＧａＮ／ＧａＮ异质结２８７
１０.４.１ 具有固定铝摩尔分数的能带图２８８
１０.４.２ 具有一个固定的ＡｌＧａＮ层厚度的能带图２８９
１０.４.３ 具有掺杂的ＡｌＧａＮ或ＧａＮ层的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ结构２９１
１０.４.４ 具有金属接触的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ结构２９２
１０.５ 在ＡｌＧａＮ／ＧａＮ结构中的陷阱２９３
１０.６ 一个简单的ＡｌＧａＮ／ＧａＮ ＨＥＭＴ ２９４
１０.６.１ 器件结构２９４
１０.６.２ ＧａＮ ＨＥＭＴ的ＩＤ －ＶＧ曲线２９６
１０.６.３ 小结２９７
１０.７ ＧａＮ功率ＨＥＭＴ例子Ⅰ ２９８
１０.７.１ 器件结构２９８
１０.７.２ ＧａＮ材料的碰撞电离系数３００
１０.７.３ ＧａＮＨＥＭＴ器件的击穿仿真３００
１０.８ ＧａＮ功率ＨＥＭＴ范例Ⅱ ３０１
１０.９ ＧａＮ ＨＥＭＴ器件的栅极漏电流的仿真３０２
１０.９.１ 器件结构３０２
１０.９.２ 模型和仿真设置３０３
１０.９.３ 栅极泄漏电流仿真３０５
１０.１０ 化合物半导体电力应用的市场前景３０６
附录Ａ 载流子统计３０８
附录Ｂ 载流子统计３０９
附录Ｃ 陷阱动力学和ＡＣ分析３２０
