Cutting edge development, characterization and application of vertically diffused MOSFETs in power electronics

This thesis presents a comprehensive analysis of Vertically-Diffused Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors (VDMOS) and their critical role in modern power electronics. The research delves into the historical evolution of VDMOS technology, highlighting significant advancements and their impact on performance characteristics such as high breakdown voltage, low on-state resistance, and efficient thermal management. A comparative analysis between VDMOS and Bipolar Junction Transistors (BJTs) and MOSFETs underscores the advantages of VDMOS, including higher switching speeds, thermal stability, and simplified drive requirements. Electrical characterization techniques are employed to validate the performance of fabricated VDMOS transistors, with tests conducted to measure key parameters such as on-state resistance, breakdown voltage, and thermal performance. The results from these tests provide insights into the efficiency, reliability, and robustness of VDMOS technology. The thesis also explores the wide-ranging applications of VDMOS transistors, emphasizing their significance in automotive electronics, power supplies, motor drives, and radio frequency (RF) applications. The role of VDMOS in improving efficiency, enhancing performance, and ensuring reliable operation in these fields is highlighted. Finally, the research identifies key areas for future advancements, including material innovations, advanced device structures, improved thermal management, integration with power ICs, and enhanced characterization techniques. The continuous development in these areas promises to push the boundaries of VDMOS technology, ensuring its pivotal role in the future of power electronics. This work underscores the transformative impact of VDMOS transistors in various high-power and high-frequency applications, paving the way for further innovations and improvements in power electronics.

Questa tesi presenta un'analisi approfondita dei transistor a effetto di campo a semiconduttore metallo-ossido diffuso verticalmente (VDMOS) e del loro ruolo cruciale nell'elettronica di potenza moderna. La ricerca esamina l'evoluzione storica della tecnologia VDMOS, evidenziando i progressi significativi e il loro impatto su caratteristiche prestazionali come l'alta tensione di rottura, la bassa resistenza nello stato attivo e una gestione termica efficiente. Un'analisi comparativa tra i VDMOS e i transistor a giunzione bipolare (BJT) sottolinea i vantaggi dei VDMOS, tra cui velocità di commutazione più elevate, stabilità termica e requisiti di pilotaggio semplificati. Tecniche di caratterizzazione elettrica sono impiegate per validare le prestazioni dei transistor VDMOS fabbricati, con test condotti per misurare parametri chiave come la resistenza nello stato attivo, la tensione di rottura e le prestazioni termiche. I risultati di questi test forniscono informazioni sull'efficienza, l'affidabilità e la robustezza della tecnologia VDMOS. La tesi esplora inoltre le applicazioni su vasta scala dei transistor VDMOS, sottolineando la loro importanza nell'elettronica automobilistica, nelle alimentazioni elettriche, nei comandi dei motori e nelle applicazioni a radiofrequenza (RF). Viene evidenziato il ruolo dei VDMOS nel migliorare l'efficienza, potenziare le prestazioni e garantire un funzionamento affidabile in questi settori. Infine, la ricerca identifica aree chiave per futuri progressi, inclusi innovazioni nei materiali, strutture avanzate dei dispositivi, migliorata gestione termica, integrazione con circuiti integrati di potenza e tecniche di caratterizzazione avanzate. Lo sviluppo continuo in queste aree promette di spingere oltre i confini della tecnologia VDMOS, garantendo il suo ruolo centrale nel futuro dell'elettronica di potenza. Questo lavoro sottolinea l'impatto trasformativo dei transistor VDMOS in varie applicazioni ad alta potenza e alta frequenza, aprendo la strada a ulteriori innovazioni e miglioramenti nell'elettronica di potenza.