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基于机器学习的多浮置埋层LDMOS器件击穿电压建模与优化
Machine Learning-Based Modeling and BV Optimization for LDMOS With Multifloating Buried Layers
| 作者 | Zhen Cao · Qi Sun · Qiaowei Peng · Biao Hou · Licheng Jiao · Yintang Yang |
| 期刊 | IEEE Transactions on Electron Devices |
| 出版日期 | 2024年12月 |
| 技术分类 | 电动汽车驱动 |
| 技术标签 | 机器学习 |
| 相关度评分 | ★★★★ 4.0 / 5.0 |
| 关键词 | 机器学习 横向双扩散MOSFET 击穿电压 神经网络 遗传算法 |
语言:
中文摘要
本文介绍了一种利用机器学习(ML)优化具有多浮动埋层(MFBL)的横向双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(LDMOS)器件击穿电压(BV)的新方法。本研究摒弃了传统复杂的物理推导方法,将神经网络与遗传算法相结合,构建了一个自适应优化框架。首先,我们分析了MFBL LDMOS的物理特性,以确定影响BV性能的关键参数,并确定其合理取值范围。然后,通过TCAD仿真生成数据集,并应用卷积神经网络(CNN)建立MFBL LDMOS的BV预测模型。在后续阶段,采用遗传算法对结构参数进行自适应优化,从而推导出最优器件模型。通过全面的TCAD仿真验证了我们基于ML的模型在优化器件参数方面的有效性和可行性。该方法解决了传统物理推导技术固有的复杂性和局限性,为提高复合埋层功率器件的性能提供了更高效的途径。
English Abstract
This article introduces a novel approach that leverages machine learning (ML) to optimize the breakdown voltage (BV) of lateral double-diffused MOSFET (LDMOS) devices featuring multifloating buried layers (MFBLs). Moving away from the traditional, complex physical derivation methods, our research integrates neural networks with genetic algorithms to forge an adaptive optimization framework. Initially, we examine the physical attributes of MFBL LDMOS to identify crucial parameters affecting BV performance and determine their reasonable value ranges. A dataset is then generated through TCAD simulations, and a convolutional neural network (CNN) is applied to develop a predictive model for the BV of MFBL LDMOS. In the subsequent phase, genetic algorithms are employed to adaptively optimize the structural parameters, facilitating the derivation of an optimal device model. The effectiveness and feasibility of our ML-based model in optimizing device parameters are validated through comprehensive TCAD simulations. This method addresses the complexities and constraints inherent in traditional physical derivation techniques, offering a more efficient route to enhance the performance of composite buried layer power devices.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,该论文提出的基于机器学习优化多浮埋层LDMOS器件击穿电压的方法具有重要的战略价值。LDMOS作为功率半导体的核心器件,广泛应用于我司光伏逆变器和储能变流器的功率转换模块中,其击穿电压性能直接影响系统的功率密度、转换效率和可靠性。
该技术的核心价值在于突破了传统物理推导方法的局限性。通过将卷积神经网络与遗传算法结合,构建自适应优化框架,能够快速预测和优化多浮埋层结构参数,这对我司功率器件的定制化开发具有显著意义。特别是在高压大功率应用场景中,如1500V光伏系统和储能系统的功率模块,优化的LDMOS器件可实现更高的击穿电压裕量,提升系统安全性并降低散热需求。
从技术成熟度评估,该方法仍处于器件级仿真验证阶段,距离实际产品应用尚需跨越工艺实现、批量一致性控制等工程化难题。但其展现的优化效率优势值得关注——相比传统TCAD反复迭代,机器学习方法可大幅缩短器件设计周期,这与我司快速响应市场需求的战略相契合。
技术挑战主要体现在两方面:一是训练数据集的代表性需覆盖实际工艺波动范围;二是优化结果需与晶圆厂工艺能力匹配。机遇则在于,若能与功率半导体供应商或自研芯片团队合作,将此方法集成到器件开发流程中,可显著提升我司在高性能功率器件应用上的差异化竞争力,支撑更高效率、更高功率密度的新一代逆变器和储能产品开发。