應用于負電源的電平位移電路及器件設計

圖4 (b)為nLDMOS在漂移區注入劑量Nd=4e11cm-2時關態耐壓、開態耐壓與漂移區長度Ld(μm)的關系，以及在漂移區長度Ld=15μm情況下關態耐壓、開態耐壓與漂移區注入劑量Nd(cm-2)的關系。其他參數為：p型體區注入劑量5e13 cm-2，Psink注入劑量3e15 cm-2，N-buffer注入劑量1e13cm-2，溝道長度3μm，柵極場板3．5μm。相對于pLDMOS，漂移區注入劑量和漂移區長度對于開態耐壓、關態耐壓的影響不大。同時關態耐壓都能維持在180V以上，但是開態耐壓卻只有90～120V，不能滿足8～100V工作電壓(108V耐壓)的要求。nLDMOS開態耐壓問題成為電路、器件設計的關鍵。
針對nLDMOS器件開態耐壓低的問題，有針對性地仿真了溝道長度、多晶硅柵場板長度及體區濃度對開態耐壓的影響。圖5(a)為nLDMOS的關態耐壓、開態耐壓及閾值與溝道長度(Lch)的關系。可以看出溝道長度對器件的開態耐壓和關態耐壓影響很小。閾值隨著溝道長度的增加而增加，這是由于采用橫向雙擴散形成溝道，所以隨著溝道長度增加，p型體區的濃度越來越大，閾值也就越來越大。圖5(b)為nLDMOS的關態耐壓、開態耐壓及閾值與多晶硅柵極場板長度(LPgate)的關系。在柵極場板較長時，其對閾值和關態耐壓影響很小，當柵極場板縮短到多晶硅柵不能覆蓋溝道時，器件的開態耐壓大幅增加。這時閾值也迅速增加。雖然多晶硅柵不能完全覆蓋溝道，但是由于開態時nLDMOS的柵漏電壓差很大，所以仍然能夠在表面形成反型層溝道。因此，大幅減短柵極場板能有效提高器件的開態耐壓，但是同時也帶來了器件不能有效開啟的問題。圖5(c)為nLDMOS的關態耐壓、開態耐壓及閾值與體區注入劑量(Pbody)的關系。可以看出增加體區的注入劑量對器件的耐壓影響很小。但是隨著注入劑量的增加，體區濃度增加，所以閾值就增加，同時器件的開態耐壓也隨之增加。當體區注入劑量達到5e14cm-2時，閾值增加緩慢，開態耐壓卻大幅增加，所以只能通過閾值上的犧牲來改善nLDMOS的開態擊穿耐壓。