电子辐照对SiC功率MOSFET器件动态特性的影响机理

针对SiC功率场效应晶体管在太空、核工业等高能粒子辐照环境下应用时的老化失效问题,以1200 V SiC MOSFET器件为对象,研究了电子辐照对SiC MOSFET器件动态特性影响及机理。在10 MeV电子束下对SiC MOSFET器件进行200 kGy剂量的辐照;然后,采用双脉冲测试电路对SiC MOSFET器件进行开关测试,并提取开关速度以及开关瞬态能量损耗等参数;接着对器件进行静态特性测试得到器件的阈值电压、栅极电阻、寄生电容等参数;最后,对比辐照与未辐照器件动态和静态特性参数变化分析电子辐照对SiC MOSFET器件动态特性影响机理。分析结果表明:在漏极电压800 V、漏极电流15 A、栅极外接电阻200Ω的测试条件下,辐照后器件开启延迟时间减小11.6 ns,开启瞬态能量损耗减小0.18μJ,关断延迟时间增大48.4 ns,关断瞬态能量损耗增大0.11μJ。结合器件静态特性参数分析发现:辐照后氧化层中正固定电荷增加7.14×10^(11)cm^(-2),器件阈值电压减小1.5 V;电子辐照在氧化层中电离产生电子空穴对,氧化层陷阱捕获空穴形成带正电的固定电荷,使得器件阈值电压减小,这是导致器件在电子辐照后开启速度变快,关断速度变慢的主要原因。该研究结果可为SiC功率器件在辐照环境中的应用以及制造厂商提高SiC MOSFET在辐照环境中的可靠性提供一定的参考。