功率半导体器件作为电力电子技术的核心,在电能的控制与转换中起到至关重要的作用。广大科研工作者以及工程师们通过不懈努力设计研制了各种类型的功率半导体器件以满足不同的应用领域及需求。相比于纵向分立器件,横向功率器件与低压电路的工艺兼容性更强。由横向功率器件与低压电路组成的智能功率集成电路(Smart Power Integrate Circuit,SPIC)在中低压范围的应用领域有着巨大优势。SPIC的运用显著提高了电力电子系统的集成程度以及稳定性。一般的横向功率器件需要耐压并导通较大的工作电流,因此往往占据了大部分芯片面积。而LIGBT(Lateral Insulated Gate Bipolar Transistor)作为一种横向功率器件,与LDMOS(Lateral Double-diffusion Metal-Oxide-Simeconductor)相比,它的电流能力更强,功率密度更高,所占用的芯片面积更小。但是作为双极型功率器件,LIGBT在关断时较长的拖尾电流限制了它在高频领域中的应用。另外当电路负载为电感时,LIGBT需要搭配续流二极管在器件关断时进行续流,横向续流二极管需要与LIGBT相同的漂移区长度用于耐压,这也消耗了部分芯片面积,并引入了额外的寄生效应。本人在导师陈星弼教授的指导下,针对横向功率器件中存在的问题,进行了一系列研究工作,并获得了一些功率器件控制以及集成方面的成果。主要内容分为以下几个方面:1.提出一种集成在高压器件边缘终端区的电平位移电路。该电路利用一个LDMOS以及一个p-i-n二极管的集成结构将低侧控制信号电平位移至高侧区域。所提出的集成结构中不存在跨过低压区的高压互连线,解决了高压互连导致器件提前击穿的问题。同时该电平位移电路可以集成在高低压隔离的终端区域上,节省了芯片面积。通过数值仿真验证了所提出的电平位移电路的耐压能力与电平位移功能。2.提出一种超低关断功耗的新型SOI-LIGBT。该LIGBT在漂移区上表面场氧化层上集成了高压p-i-n二极管。在LIGBT关断时,利用高压二极管将LIGBT栅信号电平位移至阳极侧短路LIGBT的阳极发射结(P-anode/N-buffer),阻止了P-anode向漂移区持续注入空穴,进而大幅提升了LIGBT的关断速度。经过仿真验证,与具有相同耐压水平的普通LIGBT相比,新型LIGBT在正向导通压降为1.38 V时,关断功耗仅为普通器件的43.1%。3.提出两种没有电压折回效应的逆导(Reverse Conducting)SOI-LIGBT。第一种RC-LIGBT是对之前提出的低关断功耗LIGBT的改进。利用阳极侧嵌入的n型MOSFET在LIGBT关断以及反向导通时短路LIGBT的阳极发射结(P-anode/N-buffer),以减小器件拖尾电流并实现反向导通。在LIGBT正向导通时,n型MOSFET关断能够允许LIGBT正常注入空穴,避免电压折回的发生。n型MOSFET的栅电极受LIGBT的栅信号同步控制,因此新型RC-LIGBT仍为三端器件。与传统LIGBT以及续流二极管相比,新型LIGBT的关断功耗减小了58.3%,反向恢复电荷减小了38.9%。第二种RC-LIGBT通过在阳极发射结(P-anode/N-buffer)反向并联一个肖特基二极管,在没有增大LIGBT正向导通压降的情况下,消除了传统阳极短路RC-LIGBT在正向导通时的电压折回效应。仿真结果表明,提出的第二种RC-LIGBT拥有更高的击穿电压,并且击穿电压不受P-anode掺杂浓度的影响。此外,新器件的反向恢复电荷比续流二极管小15.2%,软度因子大一倍以上。4.开发了一种实现耐压区表面集成高压二极管结构的工艺流程,通过流片实验完成了包括“场氧上集成p-i-n二极管的终端、具有p型场环的积累型LDMOS以及集成于高压器件元胞区的低压正电源”三种结构的验证以及测试。其中积累层LDMOS的电流能力较普通LDMOS有显著提升。