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研究生：	周永泰 Chou, Yung-Tai
論文名稱：	平面式金屬氧化半導體控制晶片元件設計與製程研究 Planar MOS Control Diode Components Design and Process Research
指導教授：	李文熙 Lee, Wen-Hsi
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	電機資訊學院 - 電機工程學系 Department of Electrical Engineering
論文出版年：	2016
畢業學年度：	104
語文別：	中文
論文頁數：	56
中文關鍵詞：	金屬氧化物半導體控制二極體、蕭特基二極體、PN二極體、超級障壁整流器
外文關鍵詞：	MOS Control Diode, Schottky Diode, PN Diode, SBR
相關次數：	點閱：63 下載：2
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本論文研究是研究金屬氧化物半導體控制二極體(MOS Control diode)的元件設計及製作，並以平面式金屬氧化物半導體控制二極體(Planar MOS Control diode)元件為主體架構探討如何改善傳統蕭特基功率二極體的電性特性。金屬氧化物半導體控制二極體於電力電子的應用中，具有低順向電壓(VF)和元件的功率損耗較低，而且在關閉狀態下的漏電流比傳統蕭特基二極體較低，其有較好的高溫逆向特性能力，可以於較高的環境溫度下工作。因傳統蕭特基二極體的漏電於高溫下較高，因此傳統蕭特基二極體(屬MS接觸)在高溫操作下其逆向功率損耗較高，蕭特基會因溫度而快速地降低性能，無法在較高溫系統中容易熱跑脫(Thermal runaway)，造成元件燒毀。
本文中的金屬氧化物半導體控制二極體(MOS Control diode)結構中最重要的部份是在MOS通道下形成薄的gate oxide，此薄的gate oxide形成超級障壁使主要載子排除Schottky (MS contact)接觸元件，利用金屬氧化物半導體閘極可以調整電位能障，這使得金屬氧化物半導體控制二極體的基本操作原理與蕭特基障壁二極體相似，具有較穩定及可靠的快速極低功耗二極體元件，另其具有可耐較高的接面溫度(Tj)，使其可應用於較高溫的環境。

This thesis is to study the design and process of MOS Controlled diode device. At the same time, it sees a Planar MOS Controlled diode device as the main framework to improve the electrical characteristics of the traditional power Schottky diode. (MOS Control diode) in the applications of power electronics has low forward voltage (VF) and lower power consumption of device. Besides, the leakage is lower than traditional Schottky diode under the off state. It performs better and can be operated at higher temperature. Due to the higher leakage of traditional Schottky diode is at higher temperature with higher reverse power consumption. Traditional Schottky reduces its performance rapidly with higher temperature and causes device burn with thermal runaway easily.
In this paper, the most important part of the (MOS Controlled diode) structure is the gate oxide to form MOS channel. The gate oxide produces a super barrier and makes major carriers without Schottky’s MS contact. The metal oxide semiconductor gate can adjust the electric potential. This makes the metal oxide semiconductor diode which controls its basic operation principles and with same electrical parameter of Schottky barrier diode. MOS controlled diode has more stable and reliable diode device due to its low consumption. As a result, it is with higher junction temperature Tj can be applied at higher temperature environment.

Content
摘要	I
SUMMARY	II
INTRODUCTION	III
MATERIALS AND METHODS	III
RESULTS AND DISCUSSION	V
CONCLUSION	VII
致謝	VIII
Chapter 1 緒論	1
1-1 前言	1
1-2 研究動機與目的	1
1-3 章節介紹	2
Chapter 2 超級能障整流器基礎與理論	3
2-1 蕭特基二極體的介紹	3
2-2 蕭特基位能障	7
2-3 金屬氧化半導體(MOS)的介紹	9
2-3-1 金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)的優點	10
2-3-2 金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)的結構	12
2-3-3 功率金屬氧化物半導體場效應電晶體(Power MOSFET)基本參數	13
2-4 超級障壁整流器的介紹	18
2-4-1 超級障壁整流器(Super Barrier Rectifier)的結構	18
2-4-2 超級障壁整流器(Super Barrier Rectifier)的工作原理	20
Chapter 3 超級障壁整流器的元件設計與製程研究	24
3-1 光罩及製程描述	24
3-1-1 cell design最佳化	37
Chapter 4 元件模擬與電性量測	40
4-1 理論分析軟體簡介	40
4-2 SBR元件模擬	43
4-3 SBR元件電性分析	46
Chapter 5 結論	53
表目錄
Table 2 1 Power MOSFET 電性規格表	14
Table 3 1 不同PL光罩圖案的規格	38
Table 3 2 不同poly gate pattern對VF值的實驗結果	39
Table 4 1 SBR整流器的模擬參數	43
Table 4 2 不同EPI layer condition DOE實驗的split-table	46
Table 4 3 SBR元件製程DOE實驗的split 表	50
Table 5 1 100mil 60V SBR VS planar Schottky diode電性比較表	53
圖目錄
Figure 2 1 (a) 傳統PIN 二極體結構圖 (b)蕭特基二極體結構圖	4
Figure 2 2 具有相同面積的PN二極體與蕭特基二極體的I-V特性示意圖	5
Figure 2 3 電子儀器如個人電腦使用之交換式電源供應器的方塊圖	5
Figure 2 4 蕭特基二極體的整流I-V特性。箭頭指示了電子的流動方向	7
Figure 2 5 金半接觸能帶圖。蕭特基位能障高度取決於金屬和半導體的材料(a) qøBn是金屬和N型半導體之間電子流動的位能障 (b) qøBp則是金屬和P型半導體之間電洞流動的位能障。	8
Figure 2 6 雙載子電晶體示意圖	10
Figure 2 7 雙極性電晶體(Bipolar Junction Transistor) 與金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)的操作頻率範圍	11
Figure 2 8 橫向通道型金屬氧化物半導體	12
Figure 2 9 垂直通道型金屬氧化物半導體	13
Figure 2 10 內部逆向二極體的順向電壓特性	15
Figure 2 11 內部反向二極體電流規格	16
Figure 2 12 二極體的逆向恢復時間的測定	17
Figure 2 13 逆向恢復時間的定義	17
Figure 2 14 超級障壁整流器(Super Barrier Rectifier)結構示意圖	20
Figure 2 15 DMOS 結構圖	23
Figure 3 1 GR(Guard Ring)光罩圖案	24
Figure 3 2 AC(Active Area)光罩圖案	25
Figure 3 3 PL(Poly line)光罩圖案	25
Figure 3 4 Metal Layer光罩圖案	26
Figure 3 5 PV(Passivation layer)光罩圖案	26
Figure 3 6 6KA初始氧化層示意圖	27
Figure 3 7 GR層顯影示意圖	28
Figure 3 8 GR 離子佈植示意圖	28
Figure 3 9 GR Drive-in示意圖	29
Figure 3 10 AC黃光微影示意圖	29
Figure 3 11 氧化層蝕刻示意圖	30
Figure 3 12 閘極氧化層生長示意圖	30
Figure 3 13 多晶矽沈積示意圖	31
Figure 3 14 多晶矽黃光微影示意圖	31
Figure 3 15 n+離子佈植示意圖	32
Figure 3 16 矽乾蝕刻示意圖	32
Figure 3 17 Boron離子佈植示意圖	33
Figure 3 18 第二次deep Boron離子佈植示意圖	33
Figure 3 19 離子佈構後的退火示意圖	34
Figure 3 20 金屬沈積示意圖	34
Figure 3 21 金屬層黃光微影示意圖	35
Figure 3 22 金屬層蝕刻示意圖	35
Figure 3 23 鈍化層黃光微影示意圖	36
Figure 3 24 SBR元件結構SEM示意圖	36
Figure 3 25 SBR元件VF-IR特性的設計考量	37
Figure 3 26 兩種不同poly gate pattern示意圖	38
Figure 4 1 ATLAS軟體輸出與輸入端示意圖(A)	42
Figure 4 2 ATLAS軟體輸出與輸入端示意圖(B)	42
Figure 4 3 元件模擬SBR元件結構示意圖	44
Figure 4 4 模擬SBR元件逆向偏壓曲線圖	45
Figure 4 5 模擬SBR元件順向偏壓曲線圖	45
Figure 4 6 SBR元件逆向偏壓電性量測曲線圖	47
Figure 4 7 SBR元件逆向漏電流量測曲線圖	47
Figure 4 8 SBR元件高電流時的順向偏壓電性量測曲線圖	48
Figure 4 9 SBR元件低電流時的順向偏壓電性量測曲線圖	48
Figure 4 10 SBR元件順向電流的路徑示意圖	49
Figure 4 11 SBR元件順向偏壓電性量測曲線圖	51
Figure 4 12 SBR元件逆向偏壓電性量測曲線圖	51
Figure 4 13 DMOS內部電阻示意圖	52






                                    

1.Bailga B J., Analysis of junction-barrier-controlled Schottky (JBS) rectifier characteristics, Solid-state Electronics, volume 28, Issue 11, Novemeber 1985, Pages 1089-1093.
2.Bailga B J., Analysis of high voltage merged PiN/Schottky (MPS) rectifier, IEEE Elec. Dev. Lett, volume 8, Issue 4, 1987, Pages 407-409
3.H.A. Bethe, “Theory of the Boundary Layer of Crystal Rectifiers”, MIT Radiation Laboratory Report, Vol.43, p. 12, 1942.
4.Donald A Neamen, Semiconductor Physics and Devices：Basic Principles,4th Edition..
5.Chenming C. Hu, Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits, 1st Edition,
6.Vladimir Rodov, Alexei L. Ankoudinov, and Taufik, Super Barrier Rectifier- A new Generation of power Diode, IEEE Trans. On Industry Applications, vol. 44, no. 1, pp.234-237,2008.
7.V. Rodov, A. L. Ankudinov, P. Ghosh, High injection regime of the super barriere rectifier, Solid-state Electronics, volume 51, no.5, May 2007, Pages 714-718.
8.Jong Il Won, Kun Sik Park, Doo Hyung Cho, Jin Gun Koo, Sang Gi Kim, and Jin Ho Lee,Diode and MOSFET Properties of Trench-Gate-Type Super-Barrier Rectifier with P-Body Implantation Condition for Power System Application , ETRI Journal Vol. 38, No. 2, Apr. 2016, pp. 244-251.
9.Huang Q., MOS controlled diode-a new class of fast switching diode ,Solid-state Electronics, volume 38, no.5, May 1995, Pages 977-980.
10.C. T. Sah, R. N. Noyce, and W. Shockley, “Carrier generation and recom bination in p-n junctions and p-n junction characteristics,” in Proc. IRE, 1957, vol. 45, pp. 1228–1243
11.山崎浩，MOSFET/IGBT應用設計技術，第2版。全華。

校內：2021-06-27公開
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