vestiftИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-технических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physical-technical series1561-83582524-244XThe Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-8358-2020-65-1-97-103vestift-584Research ArticleРАДИОЭЛЕКТРОНИКА И ПРИБОРОСТРОЕНИЕRADIOELECTRONICS AND INSTRUMENT-MAKINGОптимизация конструкции охранных колец и удельного сопротивления эпитаксиальной пленки мощного n-канального ДМОП-транзистораOptimization of guard rings construction and epitaxial film resistivity of power n-channel DMOS-transistorЛагуновичН. Л.LagunovichN. L.

Лагунович Наталия Леонидовна – кандидат технических наук, ведущий инженер

ул. Корженевского, 12, 220108, Минск

Nataliya L. Lagunovich – Ph. D. (Engineering), Advanced Engineer

12, Korzhenevskii Str., 220108, Minsk

n_dudarby@tut.byФилиал «Научно-технический центр «Белмикросистемы» Открытого акционерного общества «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ»Affiliate Research & Design Center “Belmicrosystems” of Openly Joint-Stock Company “INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company20200604202065197103Copyright © Лагунович Н.Л., 20202020Лагунович Н.Л.Lagunovich N.L.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestift.belnauka.by/jour/article/view/584

Рассмотрен мощный n-канальный ДМОП-транзистор с пробивным напряжением сток-исток Uси проб свыше 800 В и пороговым напряжением от 2 до 5 В, по периметру которого при изготовлении часто формируют одно или несколько охранных колец для повышения пробивных напряжений. Описана оптимальная конструкция охранных колец, а также установлено значение удельного сопротивления эпитаксиальной пленки ρv для получения требуемого значения Uси проб транзистора. Построена регрессионная модель, с помощью которой выбраны наиболее оптимальные варианты конструкции охранных колец исследуемого транзистора, и значение ρv, в которой изготавливается прибор. Установлено, что применение пятимерного полинома второго порядка в качестве регрессионной модели дает возможность определить оптимальные значения топологических зазоров в области охранных колец и удельного сопротивления ρv, позволяющие получать требуемые величины Uси проб транзистора. Экспериментальные значения пробивного напряжения сток-исток транзистора составили 876 и 875 В, а расчетные (при одинаковых параметрах построенной регрессионной модели) – соответственно 874 и 880 В, что составило погрешности 0,23 % и 0,57 %, то есть построенная модель дает хорошее согласование с экспериментальными данными. Установлено, что ρ v вносит более существенный вклад в значения пробивных напряжений транзистора, чем параметры конструкции охранных колец. Данный n-канальный ДМОП-транзистор, применяемый в различных электронных устройствах для энергетики, в мобильных телефонах, в составе высоковольтных интегральных микросхем AC/DC- и DC/DC-конвертеров и высоковольтных, высокостабильных LED-драйверов, был изготовлен в условиях производства ОАО «ИНТЕГРАЛ» – управляющая компания холдинга «ИНТЕГРАЛ» по разработанному автором технологическому маршруту.

Powerful n-channel DMOS-transistor with drain-source breakdown voltage Uds br value over 800 V and thresh-old voltage from 2 to 5 V was considered in this paper. One or more guard rings are formed on perimeter of such transistor for the breakdown voltage raising. The optimal guard rings construction was described and resistivity value of epitaxial film ρv was determined for obtaining required transistor Uds br value. The regression model was built, with the help of which the most optimal construction variants of guard rings of investigated transistor and resistivity value of epitaxial film, were selected. It was established that the five-dimensional polynomial of second order using as regression model allowed choosing the optimal topological spaces values in the guard rings area and ρv value which made it possible to obtain required Uds br values of the transistor. Experimental values of transistor drain-source breakdown voltage were 876 and 875 V, but calculated values (at identical parameters of definitional regression model) were 874 and 880 V, accordingly, that were errors of 0.23 % and 0.57 %, i. e. made model fits well with experimental data. It was established that ρv makes contribution to breakdown voltages values of the transistor that is more substantial than parameters of guard rings construction. This NDMOS-transistor was manufactured under production conditions of OJSC INTEGRAL” – “INTEGRAL” Holding Managing Company according to the technological route developed by the author. Such device is used in various electronic devices for energetics, in mobile phones, as part of high-voltage integrated circuits of AC/DC- and DC/DC-converters and high-voltage, high-stable LED-drivers.

регрессионный анализпятимерный полином второго порядкамощный n-канальный ДМОП- транзисторохранное кольцопробивное напряжение сток-истокregression analysisfive-dimensional polynomial of second orderpower n-channel DMOS-transistorguard ringdrain-source breakdown voltageReferencesШахмаева, А. Р. Конструктивно-технологические методы улучшения параметров полупроводниковых приборов / А. Р. Шахмаева, П. Р. Захарова // Вестн. Саратов. гос. техн. ун-та. – 2012. – № 1, вып. 1. – С. 36–40.Shahmaeva A. R., Zaharova P. R. Construction and Technological Methods for Improvement of Semi-Conductor Parameters. Vestnik Saratovskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Vestnik of Saratov State Technical University, 2012, no. 1 (63), iss. 1, pp. 36–40 (in Russian).Лагунович, Н. Л. Усовершенствованный технологический маршрут формирования биполярного транзистора со статической индукцией / Н. Л. Лагунович // Наука и техника. – 2018. – Т. 17, № 1. – С. 72–78. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-72-78Lagunovich N. L. Improved Process Flow for Formation of Bipolar Static Induction Transistor. Nauka i tehnika = Science & Technique, 2018, vol. 17, no. 1, pp. 72–78 (in Russian). https://doi.org/10.21122/2227-1031-2018-17-1-72-78Лоренц, Л. Состояние и направления дальнейшего развития в сфере разработки производства и применения силовых полупроводниковых приборов / Л. Лоренц // Электротехника. – 2001. – № 12. – С. 2–12.Lorents L. Trends in power integration, state-of-the art and future. Elektrotehnika = Electrical Engineering, 2001, no. 12, pp. 2–12 (in Russian).Моделирование кремниевого мощного вертикального n-канального ДМОП-транзистора / Н. Л. Дудар [и др.] // Докл. Нац. акад. наук Беларуси. – 2006. – Т. 50, № 5. – С. 93–97.Dudar N. L., Leonov N. I., Getman S. N., Nelaev V. V., Krasikov M. G. The Simulation of the Silicon Power Vertical N-channel DMOS-transistor. Dоklady Naciоnal’nai akademii nauk Belarusi = Doklady of the National Academy of Sciences of Belarus, 2006, vol. 50, no. 5, pp. 93–97 (in Russian).Avset, B. S. The effect of metal field plates on multiguard structures with floating p + guard rings / B. S. Avset, L. Evensen // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. A. – 1996. – Vol. 377, iss. 2–3. – P. 397–403. https://doi.org/10.1016/0168-9002(96)00194-5Avset B. S., Evensen L. The effect of metal field plates on multiguard structures with floating p + guard rings. Nuclear Instruments and Methods in Physical Research. Section A, 1996, vol. 377, iss. 2–3, pp. 397–403. https://doi.org/10.1016/0168-9002(96)00194-5Зедгинидзе, И. Г. Планирование эксперимента для исследования многокомпонентных систем / И. Г. Зедгинидзе. – М.: Наука., 1976. – 390 с.Zedginidze I. G. Experiment Planning for Investigation of Multicomponent Systems. Moscow, Nauka Publ., 1976. 390 p. (in Russian).Шеффе, Г. Дисперсионный анализ / Г. Шеффе. – М.: Наука, 1980. – 512 с.Sheffe G. The Analysis of Variance. Moscow, Nauka Publ., 1980. 512 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.