在当今社会中,电能是应用范围最广泛的能源形态之一。从产生到使用的过程中,不可避免地要对电能进行相关的处理,例如:改变其电压的大小、电流的强弱和频率的高低等。电力电子技术就是一项对电能进行高效地变换、控制和调节的技术,它的核心是功率半导体器件。功率半导体器件具有“横向”和“纵向”两种结构样式。以横向功率场效应晶体管(LDMOS)为代表的横向功率半导体器件具有易于驱动和集成的优势,将它们和自身的控制电路集成到同一芯片上可以有效地降低芯片的制造成本并提高芯片的可靠性。然而,在相同的耐压等级下,相比于纵向功率半导体器件,横向功率半导体器件的元胞尺寸更大、电流能力更弱、导通压降更高。针对上述问题,作者开展了一系列关于LDMOS的研究工作。本论文的创新工作如下:1.研究了一种具有载流子积累层的超结LDMOS。在本文提出的超结LDMOS的结构中,超结耐压层的P柱和N柱之间存在一个具有隔离作用的薄氧化层。这个氧化层不仅降低了制造过程中精确控制掺杂剂量的难度,而且当器件导通时可以帮助漂移区N柱内形成电子的积累层。在电子积累层的帮助下,与相同耐压等级的过去曾提出的超结LDMOS相比,本文提出的超结LDMOS的比导通电阻减小约35%,其电流能力得到显著的提高。除此之外,由于P柱-氧化层-N柱构成的电容可以有效地减小反向传输电容的组成成分(与栅氧化层电容串联的耗尽区电容),因此本文提出的具有载流子积累层的超结LDMOS具有更低的栅极驱动损耗。2.在图腾柱式半桥电路中,高侧器件和低侧器件分别采用p-LDMOS和n-LDMOS可以有效地简化低压控制电路。然而在相同的耐压等级下,与n-LDMOS相比,p-LDMOS的电流能力较小、比导通电阻较高。这也说明如果想要p-LDMOS达到与n-LDMOS相近的电流能力,那么它就要占用更大的芯片面积。为了解决这一问题,本文研究了一种同时利用电子和空穴传导电流的LDMOS。通过利用高迁移率的电子传导电流,器件的电流能力大幅地提升。虽然本文提出的LDMOS是一个具有n-LDMOS和p-LDMOS两种结构并联的双栅器件,但是其电子流通路径(即n-LDMOS结构)的栅极是通过器件自身的内部信号和相关的集成电路自动控制的,即电子流通路径会自发地、且与空穴流通路径同步地开启和关断。因此,从外部端口来看,本文提出的LDMOS依旧是一个三端的p-LDMOS。3.研究了一种变高k介质覆盖于表面的LDMOS。高k介质对LDMOS的优化机理是通过其自身和表面横向耐压区之间的电势差向表面横向耐压区内引入额外的电通量,进而达到优化表面横向耐压区内电场分布的目的。因此,与相同尺寸的过去曾提出的LDMOS相比,表面覆盖有高k介质的LDMOS的击穿电压提高了24%。除此之外,因为电力线具有倾向于流入介电常数更高的区域的性质,所以当器件处于阻断耐压状态时,在具有更高掺杂剂量的漂移区中,电离杂质产生的电力线流过高k介质而不影响表面横向耐压区内的电场分布(即不影响器件的击穿电压)。但是,受益于漂移区掺杂剂量的增加,器件的比导通电阻减小了13%。4.具有深槽的LDMOS因将通常位于表面的漂移区“折叠”至体内而具有更小的元胞尺寸,这有利于进一步优化比导通电阻和击穿电压之间的折中关系。基于这种结构,本文研究了一种具有深槽的超结LDMOS,它具有两条传导电流的路径。过去曾提出的具有深槽的LDMOS结构的比导通电阻受到了与击穿电压有关的漂移区掺杂剂量的约束。与此不同,在不以牺牲击穿电压为代价的条件下,本文提出的具有深槽的超结LDMOS的比导通电阻能够进一步地减小。