VDMOS功率晶体管的版图设计
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摘 要
VDMOS 是微电子技术和电力电子技术融和起来的新一代功率半导体器件。因具有开关速度快、输入阻抗高、负温度系数、低驱动功率、制造工艺简单等一系列优点，在电力电子领域得到了广泛的应用。目前，国际上已形成规模化生产，而我国在 VDMOS 设计领域则处于起步阶段。
本文首先阐述了 VDMOS 器件的基本结构和工作原理，描述和分析了器件设计中各种电性能参数和结构参数之间的关系。通过理论上的经典公式来确定 VDMOS 的外延参数、单胞尺寸和单胞数量、终端等纵向和横向结构参数的理想值。根据结构参数，利用L-edit版图绘制软件分别完成了能够用于实际生产的60V、100V、500V VDMOS 器件的版图设计。在此基础之上确定了器件的制作工艺流程，并对工艺流水中出现的问题进行了分析。最后，总结全文，提出下一步研究工作的方向。
关键词：，功率半导体器件，版图设计，原胞，击穿电压
目 录
第1章 绪 论
电力电子系统是空间电子系统和核电子系统的心脏，功率电子技术是所有电力电子系统的基础。VDMOSFET 是功率电子系统的重要元器件，它为电子设备提供所需形式的电源以及为电机设备提供驱动。几乎大部分电子设备和电机设备都需用到功率 VDMOS 器件。VDMOS 器件具有不能被横向导电器件所替代的优良性能，包括高耐压、低导通电阻、大功率和可靠性等。
半导体功率器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元器件，也称为电力电子开关器件。它是用来进行高效电能形态变换、功率控制与处理，以及实现能量调节的新技术核心器件。电力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功率器件的可控制特性决定了电力电子系统的效率、体积和重量。实践证明，半导体功率器件的发展是电力电子系统技术更新的关键。通常，半导体功率器件是一种三端子器件，通过施加于控制端子上的控制信号，控制另两个端子处于电压阻断（器件截至）或电流导通（器件导通）状态。20 世纪 50 年代初，世界上第一只可控性半导体器件双极结型晶体管（BJT）诞生，从那时起，BJT 开始广泛应用于各类电子系统中，并促使人类真正进入大功率电能转换的时代。
IC设计流程（转自USTC ）
IC从生产目的上可以分成为通用IC（如CPU，DRAM，接口芯片等）和ASIC(Application Specific
Integreted Circuit)两种，ASIC是因应专门用途而生产的IC。
从结构可以分成数字IC，模拟IC，数模混合IC三种，而SOC（system on chip）则成为发展的方向。 从实现方式上讲可以分为三种。基于晶体管级，所有器件和互连版图都采用人工的称为全定制（full-custom）设计，这种方法比较适合于大批量生产的，要求集成度高、速度快、面积小、功耗低的通用型IC或是ASIC。基于门阵（Gate-Array）和标准单元（Standard-Cell）的半定制设计（Semi-custom）由于其成本低、周期短、芯片利用率低而适合于批量小、要求推出速度快的芯片 。基于IC生产厂家已经封装好的PLD（Programmable
Logical Design）芯片的设计，因为其易用性、“可重写性”受到对集成电路工艺不太了解的系统集成用户的欢迎。他的最大特点就是只须懂得硬件描述语言就可以使用特殊EDA工具“写入”芯片功能。但PLD集成度低、速度慢、芯片利用率低的缺点使他只适合新产品的试制和小批量生产。近年来PLD中发展最活跃的当属FPGA(Field Programmable Gate
Array)器件.
从采用的工艺可以分成双极型(bipolar)，MOS和其他的特殊工艺。硅（Si）基半导体工艺中的双极型器件由于功耗大、集成度相对低，在近年随亚微米深亚微米工艺的的迅速发展，在速度上对MOS管已不具优势，因而很快被集成度高，功耗低、抗干扰能力强的MOS管所替代。MOS又可分为NMOS、PMOS和CMOS三种；其中CMOS工艺发展已经十分成熟，占据IC市场的绝大部分份额。AsGa器件因为其在高频领域（可以在0.35um下很轻松作到10GHz）如微波IC中的广泛应用，其特殊的工艺也得到了深入研究。而应用于视频采集领域的CCD传感器虽然也使用IC一样的平面工艺，但其实现和标准半导体工艺有很大不同。
２０１２年第３期 安徽电子信息职业技术学院学报 Ｎ０．３ ２０１２ 第１１卷（总第６０期）ＪＯＵＲＮＡＬＯＦ ＡＮＨＵＩ ＶＯＣＡＴＩＯＮＡＬ ＣＯＬＬＥＧＥ ＯＦ ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ＆ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．６０ Ｖｏ１．１ １
【文章编号］１６７１—８０２Ｘ（２０１２）０３—００２８—０６
双极型功率集成电路设计探讨
方 菁
（无锡机电高等职业技术学校电信系， 江苏无锡２１４０２８）
［摘要］本文主要从基准偏置、温度保护、功率管设计、ＥＳＤ设计、整体布局、封装等几方面讨论了双极 型大功率集成电路的设计。 ［关键词］双极型；功率电路：设计 ［中图分类号］ＴＮ４３１ ［文献标识码］Ａ
目前市场上的集成电路大多数都是采用ＣＭＯＳ
工艺设计制造的，由于ＣＭＯＳ工艺设计的集成电路
集成度可以做得很高（数字电路），静态功耗可以趋
近于０，因此是现在的主流。
早在ＣＭＯＳ集成电路之前，主要流行的是双极 ＝ ｋＴ＝ １ ６０２ １０ 口 ． × 一
－ｏ．８６×１０ ｃ
ＯＴ＝－２ｍＶ／。ｃ
＋ＫＯＶｒ．：ｏ ａ
其中 ＝２３．２５，假设 ＝６６０ｍＶ
ＫＶｒ＝２３．２５ｘ０．８６ｘ１０ ｘ２９８＝５９５ｍＶ
，＝ Ｅ＋ＫＶｒ＝０．６６＋０．５９５≈１．２６Ｖ （１．１）
（１．２）
（１．３）
（１．４）
（１．５）
实际上，由于各个厂家的三极管特性差异，其
Ｖ髓也有一定的差别，故Ｖｒｅｆ要根据实际的情况确
定，双极型的生产线，一般是１．２４Ｖ到１．２６Ｖ之间。
一般设计成负温度系数，在温度升高时，降低电路功
率。理论上Ｖｋ和Ｖ 通过一定的结构可以抵消掉，
但是由于工艺与理论值的差异、工艺波动、电阻的失
调等多方面原因，零温漂的电路基本上是不能实现
的（通过非常复杂的反馈网络可以接近零）。设计这
种带隙基准源时，就要尽量考虑到以上的这些问题，
通过线路和版图的设计，使其影响最小。表１是无锡
摘要：
随着微电子工艺特征尺寸的不断缩小，集成电路技术的发展呈现部分新的特征。顺应时代技术潮流，我们将带领大家一起深入了解一下集成电路发展技术及发展趋势。集成电路的应用范围广泛，门类繁多。其分类方法也多种多样,大体上可以按照结构、规模和功能三方面来进行分类。
目前集成电路设计有几种主要设计方法，包括全定制设计方法、定制设计方法、半定制设计方法和可编程逻辑电路设计方法。然后，让我们一起总结一下版图设计中的技巧，诸如：合并公共区域、减线法等。最后我们将回顾一下集成电路的发展历程及趋势，有针对性地设想一下版图设计技术的未来动态，为将来的就业做好准备。
关键词：集成电路设计、版图设计、定制版图设计、SC设计方法、BLL设计方法、GA设计方法、IS技术 等
一、引言
纵观人类文明发展历程，科学技术手段解放人类生产力，人类创造科技，科技反过来推进人类文明发展的进程。18世纪末至19世纪初，以伽利略自由落体定律、开普勒行星运动三大定律和牛顿力学为理论基础，以“瓦特发明蒸汽机”为标志的第一次产业革命，产生了近代纺织业和机械制造业，是人类进入利用机器延伸和发展人类体力劳动的时代。19世纪末至20世纪初，以1820年奥斯特、法拉第的电磁理论和麦克斯韦发现的电磁波理论为基础，以实用的发电机应用于工业为标志的第二次技术革命。当前，我们正在经历着以电子信息技术为代表的新的技术革命。
有人认为，从20世纪中期，人类进入了继石器时代、青铜器时代、铁器时代之后的硅器时代。随着新世纪的到来微电子技术已经成为了整个信息时代的标志和基础。顺应时代潮流，版图设计基于集成设计诸多方法中的一种，具有它独特的存在价值和优势。结合自身实际情况，版图设计是我们电子信息科学与技术专业的基础课，且是我们将来从事就业的主要方向。不管是个人兴趣还是以后就业需求，完成版图设计这一课题的论文设计，将有助于自身加深对该领域的了解与认识，一边印证自己上课所学的内容，一边不断地扩充新的领域和知识，更重要的是通过这次论文设计将有助于自己加深对该专业课程的总结和提炼，并在所学内容的基础上不断凝练和升华，提供了很好的“学有所用，学以致用”实践平台。
