电平位移电路应用于负电源的设计

　　针对nLDMOS器件开态耐压低的问题，有针对性地仿真了沟道长度、多晶硅栅场板长度及体区浓度对开态耐压的影响。图5(a)为nLDMOS的关态耐压、开态耐压及阈值与沟道长度(Lch)的关系。可以看出沟道长度对器件的开态耐压和关态耐压影响很小。阈值随着沟道长度的增加而增加，这是由于采用横向双扩散形成沟道，所以随着沟道长度增加，p型体区的浓度越来越大，阈值也就越来越大。图5(b)为nLDMOS的关态耐压、开态耐压及阈值与多晶硅栅极场板长度(LPgate)的关系。在栅极场板较长时，其对阈值和关态耐压影响很小，当栅极场板缩短到多晶硅栅不能覆盖沟道时，器件的开态耐压大幅增加。这时阈值也迅速增加。虽然多晶硅栅不能完全覆盖沟道，但是由于开态时nLDMOS的栅漏电压差很大，所以仍然能够在表面形成反型层沟道。因此，大幅减短栅极场板能有效提高器件的开态耐压，但是同时也带来了器件不能有效开启的问题。图5(c)为nLDMOS的关态耐压、开态耐压及阈值与体区注入剂量(Pbody)的关系。可以看出增加体区的注入剂量对器件的耐压影响很小。但是随着注入剂量的增加，体区浓度增加，所以阈值就增加，同时器件的开态耐压也随之增加。当体区注入剂量达到5e14cm-2时，阈值增加缓慢，开态耐压却大幅增加，所以只能通过阈值上的牺牲来改善nLDMOS的开态击穿耐压。

通过以上分析，发现提高nLDMOS的开态击穿电压最有效的方法是缩短栅极场板和提高体区注入剂量。这二种方法的实质提高导通阻抗或降低电流能力。但是对于普通应用的nLDMOS，电流能力本身就比pLDMOS有优势。当应用到负电源电平位移电路中时，厚栅氧高栅源电压使得nLDMOS的电流能力更加突出，但是同时也导致了开态耐压的降低。所以提高nLDMOS开态击穿电压就必须降低其电流能力。如图6所示，在nLD-MOS正常工作时，源端的电压为-100V，此时饱和电流相差0.05mA/μm。

在缩短栅极场板到1μm，提高体区注入剂量到5e14 cm-2的情况下，在得到nLDMOS的阈值电压为24V，关态击穿电压215V，开态击穿电压140V，能够满足-100V电压的应用要求。

　　3 结束语

　　基于此电路结构设计了满足电路应用需求的高压器件。并对高压LDMOS进行了优化设计，尤其是高压nLDMOS的开态耐压。得到高压nLDMOS的关态击穿电压215V，开态击穿电压140V，阈值电压24V;高压pLDMOS的关态击穿电压200V，开态击穿电压160V，阈值电压-1V。