nLDMOS器件開態(tài)耐壓低 - 基于SOI高壓集成技術(shù)的電平位移電路設(shè)計(jì)

　針對(duì)nLDMOS器件開態(tài)耐壓低的問題，有針對(duì)性地仿真了溝道長(zhǎng)度、多晶硅柵場(chǎng)板長(zhǎng)度及體區(qū)濃度對(duì)開態(tài)耐壓的影響。圖5(a)為nLDMOS的關(guān)態(tài)耐壓、開態(tài)耐壓及閾值與溝道長(zhǎng)度(Lch)的關(guān)系?？梢钥闯鰷系篱L(zhǎng)度對(duì)器件的開態(tài)耐壓和關(guān)態(tài)耐壓影響很小。閾值隨著溝道長(zhǎng)度的增加而增加，這是由于采用橫向雙擴(kuò)散形成溝道，所以隨著溝道長(zhǎng)度增加，p型體區(qū)的濃度越來(lái)越大，閾值也就越來(lái)越大。圖5(b)為nLDMOS的關(guān)態(tài)耐壓、開態(tài)耐壓及閾值與多晶硅柵極場(chǎng)板長(zhǎng)度(LPgate)的關(guān)系。在柵極場(chǎng)板較長(zhǎng)時(shí)，其對(duì)閾值和關(guān)態(tài)耐壓影響很小，當(dāng)柵極場(chǎng)板縮短到多晶硅柵不能覆蓋溝道時(shí)，器件的開態(tài)耐壓大幅增加。這時(shí)閾值也迅速增加。雖然多晶硅柵不能完全覆蓋溝道，但是由于開態(tài)時(shí)nLDMOS的柵漏電壓差很大，所以仍然能夠在表面形成反型層溝道。因此，大幅減短?hào)艠O場(chǎng)板能有效提高器件的開態(tài)耐壓，但是同時(shí)也帶來(lái)了器件不能有效開啟的問題。圖5(c)為nLDMOS的關(guān)態(tài)耐壓、開態(tài)耐壓及閾值與體區(qū)注入劑量(Pbody)的關(guān)系?？梢钥闯鲈黾芋w區(qū)的注入劑量對(duì)器件的耐壓影響很小。但是隨著注入劑量的增加，體區(qū)濃度增加，所以閾值就增加，同時(shí)器件的開態(tài)耐壓也隨之增加。當(dāng)體區(qū)注入劑量達(dá)到5e14cm-2時(shí)，閾值增加緩慢，開態(tài)耐壓卻大幅增加，所以只能通過閾值上的犧牲來(lái)改善nLDMOS的開態(tài)擊穿耐壓。

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　　通過以上分析，發(fā)現(xiàn)提高nLDMOS的開態(tài)擊穿電壓最有效的方法是縮短?hào)艠O場(chǎng)板和提高體區(qū)注入劑量。這二種方法的實(shí)質(zhì)提高導(dǎo)通阻抗或降低電流能力。但是對(duì)于普通應(yīng)用的nLDMOS，電流能力本身就比pLDMOS有優(yōu)勢(shì)。當(dāng)應(yīng)用到負(fù)電源電平位移電路中時(shí)，厚柵氧高柵源電壓使得nLDMOS的電流能力更加突出，但是同時(shí)也導(dǎo)致了開態(tài)耐壓的降低。所以提高nLDMOS開態(tài)擊穿電壓就必須降低其電流能力。如圖6所示，在nLD-MOS正常工作時(shí)，源端的電壓為-100V，此時(shí)飽和電流相差0.05mA/μm。

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　　在縮短?hào)艠O場(chǎng)板到1μm，提高體區(qū)注入劑量到5e14 cm-2的情況下，在得到nLDMOS的閾值電壓為24V，關(guān)態(tài)擊穿電壓215V，開態(tài)擊穿電壓140V，能夠滿足-100V電壓的應(yīng)用要求。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　本文設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于8～-100V電源的電平位移電路。通過在常規(guī)正電源電平位移電路的基礎(chǔ)上改變低壓控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)從0～8V低壓邏輯輸入到8～-100V高壓驅(qū)動(dòng)輸出的轉(zhuǎn)換。基于此電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了滿足電路應(yīng)用需求的高壓器件。并對(duì)高壓LDMOS進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是高壓nLDMOS的開態(tài)耐壓。得到高壓nLDMOS的關(guān)態(tài)擊穿電壓215V，開態(tài)擊穿電壓140V，閾值電壓24V;高壓pLDMOS的關(guān)態(tài)擊穿電壓200V，開態(tài)擊穿電壓160V，閾值電壓-1V。