功率MOS器件单粒子烧毁效应的PSPICE模拟

建立了功率ＭＯＳ器件单粒子烧毁效应的等效电路模型和相应的参数提取方法， 对功率ＭＯＳ器件的输出特性和单粒子烧毁效应的机理进行了分析和ＰＳＰＩＣＥ模拟，模拟结果与文献中提供的数据相符合，表明所建立的器件模型和模拟方法是可靠的。

SOI高压LDMOS单粒子烧毁效应机理及脉冲激光模拟研究

SOI (Silicon-On-Insulator)高压LDMOS (Lateral Double Diffusion Metal Oxide Semiconductor)作为高压集成电路的核心器件,广泛应用于模拟开关、栅驱动及电源管理电路中。通过TCAD仿真软件,开展SOI高压LDMOS器件的单粒子敏感点及器件烧毁机理研究。器件在重离子的影响下产生大量的离化电荷,并在电场作用下发生漂移运动,从而诱发寄生三极管开启,导致器件发生单粒子烧毁(Single Event Burnout,SEB)效应而失效。采取脉冲激光对SOI高压LDMOS器件的单粒子敏感点进行辐射试验,试验结果表明脉冲激光能量为2 n J时,SOI高压LDMOS器件未发生SEB效应,验证了脉冲激光模拟试验评估SOI LDMOS器件抗SEB能力的可行性。

埋栅型SIT和VDMOS的单粒子烧毁效应对比研究

对埋栅型静电感应晶体管(SIT)和垂直双扩散MOSFET(VDMOS)的抗单粒子烧毁(SEB)能力进行了仿真对比研究。利用Medici软件,仿真得到两种器件发生SEB效应前后的漏极电流响应和发生单粒子烧毁效应的临界漏极偏压。仿真结果表明,SIT与VDMOS两种器件常态击穿分别为580 V和660 V,在栅极关断电压为-10 V下,SIT的单粒子烧毁效应临界漏极电压为440 V,远高于VDMOS关断时230 V的临界漏极电压;SIT发生SEB效应时的漏极电流数量级为10^-3A/μm,而VDMOS发生SEB效应时的漏极电流数量级为10^-4A/μm,SIT在抗SEB效应方面比VDMOS具有更大的优势。同类研究少见文献报道。对埋栅SIT样品进行了试制,样品击穿电压为530 V。

空间用GaN功率器件单粒子烧毁效应激光定量模拟技术研究

利用飞秒脉冲激光对氮化镓(GaN)功率器件进行单粒子烧毁效应定量评估技术研究,针对器件结构建立脉冲激光有效能量传输模型,理论计算了激光有效能量与重离子线性能量传输(LET)的等效关系并开展了试验验证.考虑器件材料反射率与吸收系数对激光的影响,针对介质层界面间的激光多次反射进行参数修正,减小有源区有效能量计算误差.选择一款氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)与一款肖特基势垒二极管(SBD)功率器件作为典型案例,分别开展飞秒脉冲激光正面与背部辐照试验,计算诱发单粒子烧毁的有效能量,并得到不同入射激光波长的烧毁等效LET阈值,对比了模型理论计算值与实际测量值.同时,研究结果对材料参数未知的GaN功率器件,提供了正面与背部辐照模型的激光试验波长选择参考.该工作将为激光定量评估空间用GaN等宽禁带半导体器件的单粒子烧毁效应机理研究及加固设计与验证提供技术支撑.

SiC双沟槽MOSFET器件的单粒子烧毁效应仿真研究

SiC双沟槽MOSFET器件在重离子入射条件下易发生单粒子烧毁(SEB)效应。本工作采用TCAD程序模拟计算器件内部漏极电流、电流密度、晶格温度、碰撞电离、功率密度等物理量的空间分布,评价漏源电压对SEB效应的影响。根据模拟结果得到,入射离子在器件内部形成的瞬态电流源开启寄生双极晶体管,较高的漏源电压维持了器件内部的雪崩效应,器件的正反馈机制被建立,产生的瞬态大电流导致器件发生热损坏。因此,SiC双沟槽MOSFET器件发生SEB效应的主要成因是器件内寄生双极晶体管导通和正反馈机制的建立。此外,本工作评价给出了强电场对碰撞电离、晶格温度以及功率密度分布的影响,揭示了功率密度的峰值区域与晶格温度的峰值区域对应一致的原因,为SiC双沟槽MOSFET器件的抗核加固技术提供了数据支持。

高LET值的获得及在SEB效应研究中的应用

在HI 13串列加速器上,为满足单粒子效应研究对更大的线性能量转移(LET)值的要求,发展了高剥离态离子的加速与引出技术,及0°束 Q3D磁谱仪焦面辐照方法。已得到的LET值为86 7MeV/mg/cm2(45°倾斜入射,在Si中射程R～20μm),束斑在Φ10到Φ50和注量率从几十到5×104·sec-1·cm-2之间可调。论文详述了这一特殊方法成功应用于MOSFET功率管的单离子烧毁效应实验。

氮化镓基高电子迁移率晶体管单粒子和总剂量效应的实验研究

利用重离子加速器和^(60)Co γ射线实验装置,开展了p型栅和共栅共源级联结构增强型氮化镓基高电子迁移率晶体管的单粒子效应和总剂量效应实验研究,给出了氮化镓器件单粒子效应安全工作区域、总剂量效应敏感参数以及辐射响应规律.实验发现, p型栅结构氮化镓器件具有较好的抗单粒子和总剂量辐射能力,其单粒子烧毁阈值大于37 MeV·cm^(2)/mg,抗总剂量效应水平高于1 Mrad (Si),而共栅共源级联结构氮化镓器件则对单粒子和总剂量辐照均很敏感,在线性能量传输值为22 MeV·cm^(2)/mg的重离子和累积总剂量为200 krad (Si)辐照时,器件的性能和功能出现异常.利用金相显微镜成像技术和聚焦离子束扫描技术分析氮化镓器件内部电路结构,揭示了共栅共源级联结构氮化镓器件发生单粒子烧毁现象和对总剂量效应敏感的原因.结果表明,单粒子效应诱发内部耗尽型氮化镓器件的栅肖特基势垒发生电子隧穿可能是共栅共源级联结构氮化镓器件发生源漏大电流的内在机制.同时发现,金属氧化物半导体场效应晶体管是导致共栅共源级联结构氮化镓器件对总剂量效应敏感的可能原因.

功率MOSFET抗SEB能力的二维数值模拟

在分析了单粒子烧毁(SEB)物理机制及相应仿真模型的基础上,研究了无缓冲层MOSFET准静态击穿特性曲线,明确了影响器件抗SEB能力的参数及决定因素。仿真研究了单缓冲层结构MOSFET,表明低掺杂缓冲层可提高器件负阻转折临界电流,高掺杂缓冲层可改善器件二次击穿电压,据此提出一种多缓冲层结构,通过优化掺杂浓度和厚度,使器件的抗SEB能力得到了显著提高。仿真结果显示,采用三缓冲层结构,二次击穿电压近似为无缓冲结构的3倍,负阻转折临界电流提高近30倍。