集成功率器件设计及TCAD仿真_付越_9787111592730

本书从电力电子到功率集成电路（PIC）、智能功率技术、器件等方面给电源管理和半导体产业提供了一个完整的描述。本书不仅介绍了集成功率半导体器件，如横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管（LDMOSFET）、横向绝缘栅双极型晶体管（LIGBT）和超结LDMOSFET的内部物理现象，还对电源管理系统进行了一个简单的介绍。本书运用计算机辅助设计技术（TCAD）仿真实例讲解集成功率半导体器件的设计，代替抽象的理论处理和令人生畏的方程，并且还探讨了下一代功率器件，如氮化镓高电子迁移率功率晶体管（GaN功率HEMT）。本书内容有助于填补功率器件工程和电源管理系统之间的空白。书中包括智能PIC的一个典型的工艺流程以及很难在其他同类书中找到的技术开发组织图，通过对本书的阅读，可以使学生和年轻的工程师在功率半导体器件领域领先一步。

从２０世纪４０年代末晶体管的发明开始，晶体管主要沿着两个方向，即器件的小型化以及性能改进发展。性能改进的关键参数之一是晶体管的额定功率，它的发展导致功率半导体领域的产生。因为所有的电子器件都需要一个合适工作的电源和电源管理电路，功率半导体领域是过去几十年晶体管发展的一个重要领域。
近年来，器件小型化使得最小特征尺寸接近纳米级，而目前的超大规模集成电路（ＵＬＳＩ）技术能够把数十亿个晶体管集成在一个芯片上，这在芯片供电时会产生严重的问题。此外，由于环境问题需要更高的功率效率，也给系统的电源管理和电源电路带来了沉重的负担。这些和其他相关问题推动了功率半导体器件与技术领域的持续研究。
功率半导体领域发展的重点是针对高额定功率的分立功率器件。典型结构是双极型功率晶体管和晶闸管。由于这些器件缓慢的开关速度和较大的开关损耗，发明了快速开关器件，如垂直双扩散ＭＯＳ（ＶＤＭＯＳ）晶体管，而应对较小的功率损耗，发明了绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）。随着集成电路（ＩＣ）技术应用越来越普遍，推动了集成功率晶体管与控制ＩＣ的低成本、结构紧凑和高性能的应用。为了实现这一目标，开发了横向双扩散ＭＯＳ（ＬＤＭＯＳ）晶体管和横向绝缘栅双极型晶体管（ＬＩＧＢＴ）。这是功率ＩＣ（ＰＩＣ）技术发展的黄金时代，并开发出了不同的双极ＣＭＯＳＤＭＯＳ（ＢＣＤ）技术。
伴随如今发达的ＵＬＳＩ和ＰＩＣ技术，预计片上功率系统（ＰｏｗｅｒＳＯＣ）的发展对未来的消费和工业应用将是一个非常有前途的方向。当然，要实现这一目标，实现高性能单片无源元件的各种其他技术，也需要有效的无源元件和ＩＣ集成以及有效的功耗技术。
ＰＩＣ技术的开发，无论是高性能的横向功率晶体管还是工艺技术都是必需的。对半导体器件和工艺技术的高效设计，在业界常用到计算机辅助设计技术（ＴＣＡＤ）工具。市面上已经出版了一些关于功率器件设计和工艺开发的书籍，但没有特别关注如何利用ＴＣＡＤ工具设计和开发功率器件和ＰＩＣ的。本书目的是满足这方面的需要，特别是刚刚进入功率半导体领域的工程师，对采用ＴＣＡＤ工具对器件和工艺进行设计和开发提供一个快速入门的途径。
本书采用了自上而下的方法，引领新的工程师进入到该领域。它从基本的电力电子系统开始，同时介绍了功率ＩＣ，并在进入智能功率集成电路技术之前引导读者探索半导体产业，然后解释基本工艺和器件模拟的ＴＣＡＤ建模，并讨论了具体制造过程的精确和可靠模拟结果的模型校准，然后对如何利用ＴＣＡＤ工具进行功率ＩＣ工艺开发和功率器件设计进行了详细介绍，这包括许多实际功率器件和工艺技术与工业设计有关的ＴＣＡＤ方法和过程的仿真实例。超过３００张的图示有效地说明了功率器件和设计的关键概念和技术。最后，简要介绍了ＧａＮ功率器件的ＴＣＡＤ仿真，特别是对那些具有硅技术背景的，刚开始从事这一领域的读者非常有帮助。
在本书的写作过程中，作者得到了很多人的帮助和支持。要对他们每一个人慷慨的帮助和支持表示衷心的感谢。特别要感谢ＣｒｏｓｓｌｉｇｈｔＳｏｆｔｗａｒｅ的ＭｉｃｈｅｌＬｅｓｔｒａｄｅ，在审阅和校对工作中做出了重要贡献；感谢不列颠哥伦比亚大学ＭａｇｇｉｅＸｉａ和Ｄｒ．ＹｕａｎｗｅｉＤｏｎｇ教授对第７章工艺仿真和其他章节的审阅；感谢浙江大学ＧａｎｇＸｉｅ教授对第１０章关于ＧａＮ器件仿真模拟的审阅；感谢ＭｅｇａＨｅｒｔｚＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍｓ公司首席执行官ＲｏｂｅｒｔＴａｙｌｏｒ和ＧｒｅｅｃｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ公司的ＲｏｕｍｅｎＰｅｔｋｏｖ博士对第１章的审阅和建议；感谢飞兆半导体公司（ＵＳＡ）ＧａｒｙＤｏｌｎｙ博士和伊利诺理工大学的ＪｏｈｎＳｈｅｎ教授对全书初步审阅和建议。
最后，特别感谢Ｔａｙｌｏｒ＆Ｆｒａｎｃｉｓ的ＮｏｒａＫｏｎｏｐｋａ、ＭｉｃｈｅｌｅＳｍｉｔｈ、ＫａｔｈｒｙｎＥｖｅｒｅｔｔ、ＩｒｉｓＦａｈｒｅｒ和ＴｈｅｒｅｓａＤｅｌｆｏｒｎ专业和热情的帮助。

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