功率MOSFET單粒子效應(yīng)及輻射加固研究.pdf

1、隨著航空航天工程的不斷發(fā)展，空間儀器需要在輻射環(huán)境中大量應(yīng)用。空間輻射環(huán)境含有各種高能帶電粒子，高能帶電粒子與電子器件相互作用可能引發(fā)單粒子效應(yīng)（SEE），單粒子效應(yīng)主要包括單粒子燒毀（SEB）和單粒子?xùn)糯⊿EGR）兩種，可導(dǎo)致空間儀器電源燒毀，嚴(yán)重威脅衛(wèi)星、航天器的在軌壽命。面臨國(guó)外核心技術(shù)封鎖和對(duì)抗輻射元器件禁售的現(xiàn)狀，研究功率 MOSFET單粒子效應(yīng)和開(kāi)發(fā)高性能抗輻射加固功率MOSFET器件成為亟待解決的問(wèn)題。
　　本文主

2、要研究了功率 MOSFET單粒子效應(yīng)和抗輻射加固兩方面問(wèn)題。針對(duì)目前槽柵UMOSFET單粒子效應(yīng)研究的不足，本文對(duì)SEB和SEGR效應(yīng)的觸發(fā)機(jī)理、敏感區(qū)域、觸發(fā)條件和性能表征進(jìn)行了整體研究。目前，常規(guī)加固技術(shù)在提高功率 MOSFET抗 SEB性能的同時(shí)降低了基本電學(xué)特性。針對(duì)該問(wèn)題本文提出了 SD-UMOSFET和ACCUFET兩種新型槽柵UMOSFET抗SEB加固結(jié)構(gòu)，并提出對(duì)FFR終端結(jié)構(gòu)的SEB特性進(jìn)行了研究，以期達(dá)到在不犧牲器件

3、正向工作特性的條件下改善抗 SEB性能的目的。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)載流子壽命控制方法的不足，本文提出了局部載流子壽命控制方法，證明該方法在同一加固效果情況下可以降低漏電流密度?；趩瘟Ｗ有?yīng)理論模型的建立及仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，本文主要工作內(nèi)容概括如下：
　　首先，提出了新型槽柵UMOSFET（SGE-UMOSFET）的SEB和SEGR效應(yīng)研究。文中給出了該器件對(duì)SEB和SEGR最敏感的水平入射位置及SEB和SEGR最敏感區(qū)域，并發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)

4、SEB和SEGR最容易和最有效的方法。證明與普通槽柵UMOSFET相比， SGE-UMOSFET具有更強(qiáng)的抗單粒子效應(yīng)性能。與傳統(tǒng) VDMOSFET相比較，槽柵UMOSFET在相同偏壓條件下具有更小的栓鎖電流密度，寄生BJT更不容易導(dǎo)通，具有更好的抗SEB性能；同時(shí)為了保證槽柵UMOSFET的SEGR性能，需要更高質(zhì)量的柵氧介質(zhì)。
　　其次，提出了SD-UMOSFET和ACCUFET兩種新型槽柵UMOSFET結(jié)構(gòu)。研究分析了兩種新

5、結(jié)構(gòu)的SEB最敏感水平入射位置和抗SEB加固原理，同時(shí)得到了緩沖層最優(yōu)濃度獲取方法。通過(guò)對(duì)兩種器件普通及加固結(jié)構(gòu)的SEB性能研究，證明與P+源區(qū)擴(kuò)展型UMOSFET抗SEB加固結(jié)構(gòu)相比，所提出的兩種結(jié)構(gòu)可以在不影響正向飽和電流情況下提高抗SEB性能。研究表明，經(jīng)過(guò)緩沖層優(yōu)化的SD-UMOSFET和ACCUFET器件可實(shí)現(xiàn)在整個(gè)工作電壓范圍內(nèi)對(duì)SEB免疫。
　　再次，提出了FFR終端結(jié)構(gòu)的SEB特性研究，討論了該結(jié)構(gòu)的SEB最敏感水

6、平入射位置和終端的SEB觸發(fā)機(jī)理，給出了SEB觸發(fā)點(diǎn)和SEB失效原因。給出了終端緩沖層結(jié)構(gòu)的抗SEB加固機(jī)理，并對(duì)FFR終端加固結(jié)構(gòu)的SEB性能進(jìn)行了表征，證明加固結(jié)構(gòu)的SOA隨緩沖層厚度增加逐漸達(dá)到飽和，本文經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)緩沖層優(yōu)化的SOA值可達(dá)擊穿電壓的90.0％以上。
　　最后，本文提出了局部載流子壽命控制方法。研究給出了局部載流子壽命控制區(qū)域和加固機(jī)理，并對(duì)不同載流子壽命控制條件下的SEB性能進(jìn)行了表征。與傳統(tǒng)載流子壽命控制方法