利用共形映射对高k值MOSFET进行的三维分析建模：从单元拓扑结构的角度出发

《IEEE Transactions on Electron Devices》：A 3-D Analytical Modeling of High-k MOSFETs Using Conformal Mapping: A Cell Topology Perspective

1. 基于格林函数和共形映射方法，构建了高k垂直MOSFET三维分析模型，实现了环形单元拓扑到多边形的结构优化，揭示了单元布局与器件设计的内在耦合关系，协同提升了导通电阻和击穿电压的优化性能，并通过TCAD仿真验证。

　　

摘要：

从单元拓扑的角度出发，开发了一个三维分析模型，用于优化具有高k值绝缘介质（HKMOS）的功率垂直MOSFET的特定导通电阻（RON）。该模型基于格林函数求解的圆形单元方案，并考虑了界面电荷的影响，通过Schwarz-Christoffel（SC）共形映射实现了单元拓扑从圆形到多边形的转换。同时，该模型还揭示了单元布局与器件设计之间的内在耦合关系，从而共同优化了导通电阻（RON）和击穿电压（BV）。

引言

采用电荷补偿原理的超级结（SJ）技术在N型漂移区（DR）实现了电场的显著平坦化，从而实现了优异的导通电阻（RON）和击穿电压（BV）之间的平衡[1]。然而，这种性能严重依赖于精确的电荷平衡条件[2]。为了解决这一限制，具有高k值绝缘介质的功率垂直MOSFET（HKMOS）越来越受到关注，因为它们用高绝缘介质电压支撑区（DVR）取代了SJ MOSFET中的P柱，从而在高压应用中表现出更好的电场调制和击穿性能[3]。在HKMOS的关断状态下，来自DR的电位移线通过DVR重新导向顶部的P⁺区域。当高绝缘介质的介电常数足够大时，这些位移线可以被DVR横向吸收，从而在DR中实现更加均匀的电场分布[4]。HKMOS的RON-BV平衡与SJ MOSFET相似，但HKMOS的掺杂浓度更容易控制[5]。针对HKMOS的研究，已经提出了一个二维分析模型，该模型在相同的BV下实现了比SJ MOSFET更低的RON[6]。在此基础上，进一步开发了一个用于六边形布局的HKMOS的三维分析模型，并通过TCAD仿真进行了验证[7]。为了考虑界面电荷的影响，还提出了一种使用叠加方法的二维分析模型[3]。基于这些研究结果，提出了一种新的HKMOS结构，该结构包含一个电荷补偿区，以抵消电荷效应的影响[8]。