高功率微波脉冲作用下LDMOS场效应管的电—热—应力可靠性研究

现代移动通信系统中射频模块的高功率和空间的电磁干扰极大的影响了器件工作的可靠性，本文研究横向扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOSFET)在高功率微波脉冲注入下的多物理场可靠性问题，旨在分析其电-热-应力损毁机理并提出改善方案。 本文通过对基于LDMOSFET的功率放大器进行高功率微波脉冲注入的测试，获得在不同脉冲条件下器件的损毁阈值功率。 并由基于器件切片实验建立一个包括硅基有源区和互连无源区的整体结构模型，结合测试得到的损毁区域和阈值功率，用基于有限单元法的电热力耦合程序进行多物理场仿真分析，并于商业软件进行对比。 同时对器件无源区受到应力损坏的区域进行热传导解析求解，推导出快速估算通孔热力可靠性的计算公式。 最后提出一种新型的含有多层石墨烯导热片的理论器件模型，并用解析推导结合数值仿真的方法分析其热力可靠性的提升。 通过基于测试阈值功率的数值仿真，得到LDMOSFET热损毁的温度为604K，热损毁区域在漏极，热应力分析也有效的解释了器件通孔处形变损坏的原因，热场力场的分布图给出了器件最容易损坏的区域，瞬时峰值曲线给出了器件随着脉冲信号的时域响应；通过增加石墨烯导热层，器件在的1μs脉冲下最热点的温度能降低35K，同时通孔区形变受损点的热应力能减小16MPa。