1 引言

绝缘体上的硅(SOI，Silicon-On-Insulator)功率器件具有开关速度快、功耗低、输入阻抗高、易于集成等众多的优点，使其广泛应用于工业控制、汽车电子等功率集成电路中[1～3].然而，常规的SOI器件由于其漏源间的击穿电压较低，妨碍了它在高压功率集成电路中的应用发展.因此，提高器件的击穿电压BV近年来备受关注[4,5].但由于“硅极限”Ron.sp∝BV2.5的存在，漂移区比导通电阻 Ron.sp会随着BV的提高而增大[6～9]，导致器件的功耗增加，限制了SOI LDMOS的发展.所以，如何在满足一定的高击穿电压BV基础上得到尽可能低的比导通电阻Ron.sp，成为目前该领域设计者们面临的一个新的挑战[10～12].槽型器件结构的提出为BV和Ron.sp之间的矛盾解决提供了一条很好的途径.槽栅槽漏结构利用较宽的电流传输面积和较短的传输路径，降低了Ron.sp；漂移区内引入SiO2槽型介质使器件更容易耗尽，提高了BV，以及将前两者结合的双槽结构(DTSOI)成为目前的研究热点，但在DTSOI中由于槽型SiO2介质层的纵向深度较大，阻碍了电流的传导，使Ron.sp很大[13].

为了缓解BV与Ron.sp之间的矛盾关系，本文利用场板(FP)技术，提出了一种具有L型栅极场板的双槽双栅SOI LDMOS(LFP-DTDGSOI)新结构.该结构首先采用槽栅结构，其次在漂移区引入SiO2介质槽，又在SiO2介质槽内引入L型多晶硅槽，该多晶硅槽既充当了第二栅极，形成双槽双栅结构[14～17]，同时又起到了场板的作用，对漂移区电场进行重塑，提高击穿电压BV，优化器件参数.本文利用数值仿真软件分析了漂移区浓度Nd、氧化槽深度DT、场板宽度wp和深度tp对BV和Ron.sp的影响，并与传统SOI(C-SOI)、双槽SOI(DTSOI)进行比较，结果表明，LFP-DTDGSOI具有更高的优值为击穿电压，F为FOM).

2 器件结构与机理

图1为C-SOI、DTSOI和LFP-DTDGSOI的结构示意图.LFP-DTDGSOI结构中，在器件左端形成第一栅极G1(如图1(c)所示)，该栅极一直从器件表面延伸到BOX埋氧层，形成槽栅结构；在P阱与漏区之间引入SiO2槽型介质层，在该介质层中引入第二栅极G2，其延伸部分形成L型场板结构(如图1(c)所示)；在P阱中G2侧增加一个重掺杂N+欧姆源极接触同时形成两个对称的MOS结构.G2及相连的L型栅极场板均由多晶硅掺杂形成.如图1所示，tOX为BOX厚度，ts为顶层硅膜厚度，DT为漂移区内槽型SiO2介质层的厚度，wp为L型场板的宽度，tp为L型场板的深度(为了分析数据方便，将G2深度与其延伸的L型场板深度统一为tp)，Nsub为衬底浓度，Nd为漂移区浓度.

在漂移区中引入槽型SiO2介质，由于其介电常数很低(3.9)，承受的电场非常高，所以使得器件的击穿电压BV也很高.器件第一栅极G1延伸至BOX埋氧层，避免了JFET效应，形成了一条纵向导电沟道，加宽了电流传输面积，降低了器件比导通电阻Ron.sp；与此同时，由于第二栅极G2的存在，又形成了第二条导电沟道，使得更多的电子从源极注入到漂移区中，从而提高了通态电流，进一步降低了Ron.sp；结构中L型场板的引入，对漂移区及SiO2介质槽内的电场起到了重塑作用.如图2为SiO2介质槽沿线ABCD电场受到L型场板影响后的分布.从图中看出，引入L型场板后，源端电场很低，而漏端电场明显变大.根据RESURF理论，为了提高击穿电压BV，需增大漂移区浓度Nd.因此，Nd优化提高，又使Ron.sp显著降低.在仿真过程中，所有器件均采用相同的结构尺寸，在FOM最大的条件下，对器件参数进行优化设计.

3 仿真结构及分析

3.1 关态特性分析

为了分析LFP-DTDGSOI器件的关态反向击穿特性，对器件的电势、源漏端纵向电场及表面电场都进行了仿真，并与C-SOI和DTSOI进行性能比较.

图3为三种器件发生击穿时的电势分布.从图3(a)中可以看出，传统结构的SOI器件漂移区下方靠近漏端部分等势线分布极其不均匀，电场非常小，电势线主要集中在源端表面，而使得这里的电场非常高，器件在此容易提前击穿，BV也就很低.图3中的(b)图和(c)图，DTSOI和LFP-DTDGSOI结构均在漂移区引入了SiO2介质层，该介质层内部分布了非常密集的电势线，聚集了高电场.同时也使得整个漂移区电场受到调制，电势线分布变得很均匀，因此，相比C-SOI结构，这两种结构的BV都很高.

图8为在LFP-DTDGSOI结构中，tp不同取值时Nd与BV的关系.从图中可以看出，每一个tp取值，击穿电压BV随漂移区浓度Nd都是先增大后减小，存在一个使击穿电压最高的最优Nd0.当tp较小时，L型栅极场板对漂移区的电场分布影响较弱，源区电场仍较高，Nd0很低；随着tp的增加，L型栅极场板的调制影响增大，源区的高电场逐渐转移到漏区，源区电场减弱，根据RESURF理论，Nd0增大；但当tp值较大时，L型栅极场板和SiO2介质槽下边界的距离非常窄，使此处聚集高电场，器件在此处容易提前击穿，所以需降低Nd0.因此，随着tp的增大，优值Nd0先增加后减小.

式中，W1为国有水管单位计量点水量，m3；P1为国有水利工程供水价格（执行价），元/m3；P2为末级渠系水价，元/m3；其他变量同上。

图5为在x=5.5μm处漏端和x=0.55μm处源端的y方向电场分布.从图5(a)中可以看出，C-SOI结构的BOX电场非常高，但其漂移区电场却非常低，导致其击穿电压BV很低，为95V；DTSOI结构和LFP-DTDGSOI结构的漏端y方向上电场分布很相近，分布都很均匀，BV都非常高，DTSOI为206V，LFP-DTDGSOI为212V.在源端，如图5(b)所示，LFP-DTDGSOI结构在y=6.5μm处有一个较大的电场锋，这是由于L型场板对漂移区电场的调制，使漏端附近电场增大(CO’段).根据RESURF理论要求，需要增大漂移区浓度Nd，使源区电场增加.而Nd增大使源端的体内电场也增大，器件击穿点向体内(x=0.55μm，y=6.5μm)转移，提高了击穿电压.与C-SOI结构比较，LFP-DTDGSOI结构的击穿电压提高了123%.

图4为DTSOI和LFP-DTDGSOI两种结构的表面电场和SiO2介质槽周围ABCD电场分布.从图中可以看出，两种结构中漏电压全部加在了SiO2介质槽上，该SiO2介质槽在y方向上折叠了漂移区长度，使得漏极的高电压被该氧化槽分段承担(OB、BC、CO’)，较均匀的分配到漂移区，因此，器件的BV得到显著提高.

图6为三种结构的电流线分布(漏电压VDS为0.5V，栅电压VGS为15V).从图中可以看出，C-SOI结构电流传输路径很短，但其纵向传输区域较窄，加之这种结构的优化漂移区浓度Nd非常低(见表1)，所以其比导通电阻Ron.sp也比较大，为3.1 mΩ·cm2.DTSOI结构采用了槽栅结构，电流的纵向传输区域增加了，使Ron.sp降低；但由于其漂移区内引入了SiO2介质槽，阻碍了电流的横向传输，所以，DTSOI的Ron.sp也比较大，为3.9mΩ·cm2，高于C-SOI结构.LFP-DTDGSOI结构虽然仍有SiO2介质槽阻挡电流的横向传输，但该结构在SiO2介质槽中引入了第二栅极G2及L型栅极场板；对称的双栅极使沟道宽度加倍，形成双导电沟道，使更多的电子从源区流入漂移区中，Ron.sp显著降低；同时，在L型栅极场板的调制作用下，漂移区源端和漏端的电场分布变得非常不均匀(如图2、3)，增强了RESURF效应，导致必须增大Nd进行优化；而Nd增大又有利于进一步降低Ron.sp.因此，LFP-DTDGSOI 结构不但具比DTSOI结构还要高些的BV，还具有非常低的Ron.sp，为2.1mΩ·cm2.从图7中可以看出，在器件尺寸相同时，对同一个VDS，DTSOI结构的通态电流最小，Ron.sp最大；LFP-DTDGSOI的通态电流最大，Ron.sp最小.这与图6的分析结果一致.

3.2 通态特性分析

1)集热系统：根据系统所处地域纬度φ不同、每天的太阳赤纬角δ不同以及不同时刻的太阳时角不同，可通过下列公式计算出每时每刻的太阳方位角(方向)β和高度角α。然后控制太阳能板仰角转动(伺服)电机和太阳能板方向转动(步进)电机分别转动相应的角度，以最大程度利用太阳能。

3.3 器件FOM分析

表1列出了在FOM最大的条件下，不同器件的Nd、BV、Ron.sp优化值.在三种结构中，LFP-DTDGSOI的BV最高为212V，比导通电阻Ron.sp最低，为2.1mΩ·cm2，FOM值最大，为21.4MW·cm-2.在相同器件尺寸下，相比C-SOI结构和DTSOI结构，LFP-DTDGSOI结构的Ron.sp分别降低了32%和46%，BV比C-SOI结构高出123%，比DTSOI结构还要高出3%，保持了双槽结构的高压特性.为了与相同击穿电压的C-SOI结构的Ron.sp进行比较，将C-SOI结构的器件长度增大到16μm.仿真表明，相比于具有相同击穿电压的C-SOI结构，LFP-DTDGSOI结构的Ron.sp下降了87.5%.

表1 不同器件的Nd、BV、Ron.sp优化值及FOM

器件类型Nd/1015cm-3BV/VRon.sp/mΩ·cm2F/MW·cm-2C-SOI(6.5μm) 2.0953.12.9C-SOI(16μm)1.521216.82.7DTSOI(6.5μm)8.02063.910.9LFP-DTDGSOI(6.5μm)15.02122.121.4

3.4 器件结构参数对BV和Ron.sp的影响

阔别万人空巷的端午福州站，中华龙舟大赛的脚步并未停歇，相继落户在古都南京和美丽的昆明滇池水畔，为那方水土播撒龙舟文化的种子，为人民带来同舟共济、奋勇拼搏的精神给养。

图9为在LFP-DTDGSOI结构中，tp、wp与BV、Ron.sp的关系.结合图8的分析，从图9(a)中可以看出，当tp≤4μm时，随着tp的增加，L型场板的调制影响逐渐增强，BV逐渐增大；当tp>4μm时由于L型场板末端聚集了高电场，使器件提前击穿，BV下降.在tp=4μm时，器件的击穿电压达到最大为212V.器件的Ron.sp随着tp的增加先减小后增大，这是因为随tp的增加最优漂移区浓度Nd0是先增大后减小的(图8).因此，为了获得较高的FOM值，权衡器件的击穿电压BV和比导通电阻Ron.sp，优化tp范围为3.5μm≤tp≤4.5μm.从图9(b)中可以看出，随着wp的增加，击穿电压BV先增大后减小.这是由于当wp较小时，L型栅极场板对漂移区的电场调制作用较弱，器件容易在B点击穿，导致BV很低；随wp的逐渐增加，场板的调制作用越来越明显，击穿点向器件体内转移，这与图5(b)的分析一致.但当wp非常大时，场板末端聚集了高电场，使漏端电场非常高，击穿点向漏端转移，器件在漏端容易提前击穿，导致BV急剧下降.器件的Ron.sp随wp的增加几乎线性下降.这是由于wp较小时，场板对漂移区的电场调制作用很弱，源区电场较高，Nd很低，Ron.sp很大.随着wp的增加，场板的调制作用逐渐增强，源区的高电场向漏端转移，使器件的Nd增大，Ron.sp减小.因此，为了获得较高的FOM值，权衡器件的击穿电压BV和比导通电阻Ron.sp，优化wp范围为1.5μm≤wp≤2.5μm.

将乡村旅游纳入各级乡村振兴干部培训计划，加强对县、乡镇党政领导发展乡村旅游的专题培训。通过专题培训、送教上门、结对帮扶等方式，开展多层次、多渠道的乡村旅游培训。各级人社、农业农村、文化和旅游、扶贫等部门要将乡村旅游人才培育纳入培训计划，加大对乡村旅游的管理人员、服务人员的技能培训，培养结构合理、素质较高的乡村旅游从业人员队伍。开展乡村旅游创客行动，组织引导大学生、文化艺术人才、专业技术人员、青年创业团队等各类“创客”投身乡村旅游发展，促进人才向乡村流动，改善乡村旅游人才结构。

图10为在LFP-DTDGSOI结构中，DT与 BV、Ron.sp的关系.从图中可以看出，当DT很小时，因为这时SiO2介质槽的下边界与L型场板距离很近，致使场板末端出现高电场聚集，导致器件在此处提前击穿，BV非常低，而这种情况下的Nd也很低，Ron.sp很高.这与图8分析机理一致.随着DT的增加，当DT<5μm时，L型场板对电场向漏端的转移作用增强，BV增大，Nd也在增大，Ron.sp减小；但当DT>5μm后，L型场板对电场越来越弱，BV几乎不变；当DT>6.5μm后，SiO2介质槽的下边界与埋氧层BOX的上边界距离越来越近，即SiO2介质槽下方的外延Si层非常窄，聚集了高电场，致使器件在此处提前击穿，BV迅速下降；同时，当DT>5μm后，随着DT的逐渐增大，SiO2介质槽对电流的阻挡作用逐渐增强，电流的导通路径越来越窄，所以，Ron.sp单调增大.因此，为了获得较高的FOM值，权衡器件的击穿电压BV和比导通电阻Ron.sp，优化DT范围为5.0μm≤DT≤6.0μm.

图11为LFP-DTDGSOI结构在工艺上的关键步骤.(a)刻蚀Si，填充SiO2，形成氧化物沟槽；(b)刻蚀Si到埋氧层，用于形成G1；刻蚀SiO2槽，用于形成G2及L型栅极场板；(c)预氧化形成栅氧；(d)填充多晶硅并平坦化，形成G1；(e)刻蚀SiO2氧化槽中的多晶硅；(f)填充SiO2并平坦化，形成G2及L型栅极场板.

4 结论

本文提出了一种具有L型栅极场板的双栅双槽SOI器件新结构(LFP-DTDGSOI).在截止状态下，L型栅极场板对漂移区电场进行重塑，避免器件提前击穿；在导通状态下，对称的双栅结构形成两个导电通道，加之L型栅极场板的作用，漂移区浓度加大，使器件的比导通电阻得到显著降低.利用数值仿真软件对器件的相关特性进行分析，并与C-SOI结构和DTSOI结构进行比较.结果表明：在相同的器件尺寸下，比较C-SOI结构及DTSOI结构，新结构的Ron.sp分别降低了32%和46%；BV比C-SOI结构高出123%，比DTSOI结构还要高出3%，保持了双槽结构的高压特性.相比相同击穿电压的C-SOI结构，新结构的Ron.sp降低了87.5%.新结构的FOM值最大，为21.4 MW·cm-2，使BV和Ron.sp之间的矛盾得到了很好的缓解.由于LFP-DTDGSOI结构中第一栅极G1延伸到BOX部分，且具有对称的第二栅极G2，L型场板深入氧化槽内部，这些结构上的特点对器件的频率特性、开关特性等都有一定的影响，后续将展开深入研究.

2) 对标《办法》中船长尺度情况，统计至2016年底，在京杭运河航行且船长>45 m的江苏、浙江、山东籍船舶共计18 130艘(见图1，根据各省交通部门提供数据整理)，可知各地已全面突破《办法》中三级航段单船总长≤45 m的要求。此外，船舶大型化态势明显，三省船长>65 m的船舶保有量共计2 184艘，也已然难以满足《办法》中二级航段单船总长≤67.6 m的要求。[2]

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