变温辐照加速评估方法在不同工艺的NPN双极晶体管上的应用

对6种不同工艺的NPN双极晶体管进行了高、低剂量率及变温辐照的^(60)Coγ辐照实验。结果显示,6种工艺的NPN双极晶体管均有显著的低剂量率辐照损伤增强效应。而变温辐照损伤不仅明显高于室温高剂量率的辐照损伤,且能很好地模拟并保守地评估不同工艺的NPN双极晶体管低剂量率的辐照损伤。对实验现象的机理进行了分析。

不同偏置条件下NPN双极晶体管的电离辐照效应

对NPN双极晶体管进行了不同剂量率、不同偏置条件下的电离辐射实验。研究结果表明:同一剂量率辐照时,无论是低剂量率还是高剂量率,辐照损伤均是基-射结反向偏置时最大,零偏置次之,正偏置最小。NPN双极晶体管在3种偏置下均可观察到明显的低剂量率辐照损伤增强(ELDRS)效应,且偏置条件对ELDRS效应很明显,表现为基-射结正向偏置ELDRS效应最为显著,零偏次之,反向偏置最次。对出现这一实验结果的机理进行了探讨。

不同偏置对NPN双极晶体管的低剂量率电离辐照损伤的影响

对NPN双极晶体管进行了低剂量率下不同偏置条件的电离辐射实验。结果表明,不同偏置条件下的低剂量率辐射损伤具有明显差异。基-射结反向偏置时,其过剩基极电流最大,电流增益衰减最为显著。而基-射结正向偏置时,过剩基极电流和电流增益衰减都最小。讨论了出现这种结果的内在机制。

不同基区掺杂浓度NPN双极晶体管电离辐照效应

对相同工艺制作但基区掺杂浓度不同的国产NPN双极晶体管,在不同剂量率条件下进行60Coγ辐照效应和退火特性研究。结果显示,晶体管基区掺杂浓度不同,对高、低剂量率的辐照响应也不相同,低基区掺杂浓度的晶体管辐照损伤明显高于高基区掺杂浓度的晶体管。

不同偏置条件下基区掺杂浓度对NPN双极晶体管电离辐照的影响

对相同工艺制作但基区掺杂浓度不同的国产NPN双极晶体管,在不同偏置条件下进行60Co-γ辐照效应和退火特性研究。结果显示:基区掺杂浓度不同,NPN双极晶体管辐照响应也不相同,低基区掺杂浓度的晶体管辐照损伤要明显大于高基区掺杂浓度的晶体管辐照损伤;偏置条件不同,晶体管辐照响应也有很大差别,反向偏置辐照NPN晶体管参数退化较正向偏置严重。并对对实验现象的相关机理进行了分析。

NPN双极晶体管的ELDRS效应及退火行为

对国产NPN双极晶体管在不同剂量率下的辐射效应和退火特性进行了研究。结果显示:在不同剂量率辐照下,NPN晶体管的特性衰降均非常明显。不仅晶体管的过剩基极电流明显增大,直流增益迅速下降,其集电极电流也随辐照总剂量的增加而逐渐衰减,且低剂量率辐照下损伤更明显。本中对造成各种实验现象的损伤机理进行了分析。

NPN型双极晶体管中子位移损伤差异实验研究

利用西安脉冲反应堆(Xi’an pulsed reactor,XAPR)的稳态中子对NPN型双极晶体管(NPN bipolar junction transistor,NPN-BJT)进行中子辐照实验,开展NPN-BJT不同固定发射极电流I_(E)条件下的中子位移损伤差异研究。研究结果表明:同一I_(E)条件下,集成NPN-BJT与2N2222A NPN-BJT的电流增益退化都随辐照中子注量的增加呈逐渐增强趋势;在同一中子注量辐照下,随双极晶体管固定I_(E)的增大,中子辐射损伤常数K_(τ)降低,中子辐照前后电流增益的变化量减小,晶体管电流增益退化程度减弱,因此在一定范围内,提高固定I_(E)可在一定程度上增强NPN-BJT抗中子辐射能力。

NPN双极型晶体管抗辐照加固研究

为了研究NPN双极晶体管辐照后界面态对直流参数的影响,对工艺优化前的国产某NPN双极晶体管进行110keV电子辐照,研究晶体管直流参数的变化。在实验数据基础上对其损伤特性及损伤机理进行分析,阐述其成因并提出解决方法。同时对工艺优化后的双极型晶体管进行辐照,测试界面态电荷数的变化。实验结果显示出晶体管受辐照后基极电流的变化,以及界面态复合电流所起的作用,也揭示了优化工艺后Si-SiO2界面处的界面态及NPN双极型晶体管归一化电流增益的变化趋势。

基于SiC的NPN双极型晶体管设计

利用高禁带宽度的SiC材料,设计了一种基于SiC的NPN双极型晶体管,该晶体管采用多层缓变掺杂基区结构实现。在完成晶体管结构设计基础上,仿真分析了晶体管的直流电流增益、击穿特性以及频率特性。在工艺方面,设计完成了晶体管制备工艺流程与版图。仿真结果表明,SiC双极型晶体管具有击穿电压高(BV_(CEO)=900 V)、特征频率高(f_T=5 GHz),晶体管增益适中(β=33)等特点。

基于三维模型的NPN双极型晶体管电离辐射效应仿真模拟

为更加迅速可靠地评估星用双极型晶体管抗电离辐射损伤性能,建立了三维NPN晶体管模型,并对其电离辐射效应进行了数值模拟。仿真计算了电离辐射在晶体管中产生的氧化物正电荷陷阱以及界面陷阱,以此模拟不同总剂量、剂量率电离辐照对晶体管的损伤;以漂移扩散模型计算了晶体管典型性能的响应,验证了晶体管的总剂量效应和低剂量率损伤增强效应。结果表明晶体管对电离辐射敏感的区域位于基区和发射结区附近的Si/SiO_(2)界面,从Gummel曲线提取的归一化增益发现,电离辐射损伤可能使晶体管增益降低50%以上,这对晶体管性能影响很大。该方法可以在降低成本、缩短周期的前提下,为晶体管抗电离辐射可靠性评估提供合理的技术支撑和可借鉴的理论数据。

氧化层厚度对NPN双极管辐射损伤的影响

研究了不同氧化层厚度的两种国产NPN双极晶体管在高低剂量率下的辐射效应和退火特性。结果显示,随总剂量的增加,晶体管基极电流增大,电流增益下降,且薄氧化层的晶体管比常规厚氧化层的晶体管退化更严重。另外,两种NPN晶体管均表现出明显的低剂量率损伤增强效应。本文对各种实验现象的损伤机理进行了分析。