【摘要】：碳化硅(SiC)具有高導(dǎo)熱系數(shù)、高電子遷移率、高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和寬禁帶的優(yōu)勢(shì),利用SiC材料制成的器件在抗輻照上有著極大的潛力。目前商用SiC MOSFET制備工藝成熟,已經(jīng)投入使用,考慮到SiC MOSFET在航天、核能等領(lǐng)域的應(yīng)用前景,研究總劑量效應(yīng)對(duì)其影響具有重要意義。本論文采用Cree公司生產(chǎn)的SiC MOSFET進(jìn)行了總劑量試驗(yàn)和輻照退火試驗(yàn),具體工作內(nèi)容如下:1.針對(duì)SiC MOSFET和抗輻照加固后的Si MOSFET進(jìn)行輻照試驗(yàn),輻射源為~(60)Co,累積總劑量150krad。輻照前后,對(duì)器件電學(xué)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量,分析器件輻照損傷的機(jī)理。輻照后,兩類器件的閾值電壓出現(xiàn)明顯退化,向負(fù)壓一側(cè)漂移,擊穿電壓和導(dǎo)通電阻沒(méi)有明顯改變,SiC MOSFET閾值電壓退化較少,Si MOSFET漏電流增加明顯,SiC MOSFET的漏電流有少許增加。2.針對(duì)SiC MOSFET進(jìn)行不同柵壓偏置下的總劑量試驗(yàn),累積總劑量1300krad,柵壓偏置分別為12V,16V,20V,22V,24V。柵壓偏置12V條件下的器件在累積劑量達(dá)到300krad,600krad,900krad,1100krad,1300krad時(shí),將器件取出進(jìn)行測(cè)試,數(shù)據(jù)顯示器件閾值電壓的負(fù)向漂移在輻照過(guò)程中持續(xù)增加。柵壓偏置試驗(yàn)顯示,12V至20V柵壓偏置范圍內(nèi),SiC MOSFET閾值電壓的退化隨柵壓增加變大,在20V至24V柵壓偏置范圍內(nèi),閾值電壓的退化隨柵壓增加變小。通過(guò)簡(jiǎn)化的中帶電壓法計(jì)算輻照誘生的氧化層陷阱電荷濃度和界面陷阱電荷濃度,詳細(xì)研究了器件在輻照后出現(xiàn)閾值退化以及高柵壓偏置時(shí)引起的閾值回漂的原因。3.對(duì)總劑量試驗(yàn)后的SiC MOSFET進(jìn)行了高溫退火試驗(yàn)和強(qiáng)電場(chǎng)退火試驗(yàn),研究了器件性能退火恢復(fù)的機(jī)理。高溫退火試驗(yàn)溫度150°C,柵壓偏置分別為0V和12V。12V柵壓偏置退火264小時(shí)后,器件閾值電壓基本恢復(fù)到輻照前的水平,0V柵壓偏置下閾值電壓恢復(fù)較少。強(qiáng)電場(chǎng)退火試驗(yàn)根據(jù)器件的隧穿電壓范圍,在室溫下分別采用32V,34V,36V,38V,40V,42V柵壓偏置,在175°C下分別采用36V,40V柵壓偏置。相比較于高溫退火恢復(fù),強(qiáng)電場(chǎng)退火恢復(fù)需要的時(shí)間極大縮短,幾分鐘內(nèi)便可以恢復(fù)閾值電壓的退化。4.為確保強(qiáng)電場(chǎng)退火過(guò)程不會(huì)對(duì)柵氧化層造成損傷,對(duì)強(qiáng)電場(chǎng)下氧化層的可靠性進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)威布爾分布對(duì)柵氧化層經(jīng)時(shí)擊穿特征壽命進(jìn)行統(tǒng)計(jì),利用經(jīng)時(shí)擊穿模型評(píng)估不同場(chǎng)強(qiáng)下的氧化層擊穿時(shí)間大小,與強(qiáng)電場(chǎng)退火恢復(fù)需要的時(shí)間進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)結(jié)果表明,選擇合理的柵壓進(jìn)行強(qiáng)電場(chǎng)退火,達(dá)到恢復(fù)器件閾值電壓退化的目的是可行的。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN386
【圖文】：

第 2 章 SiC MOSFET 器件及輻照效應(yīng)基礎(chǔ)理論2.1 SiC MOSFET 器件介紹20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，SiC MOSFET 的技術(shù)發(fā)展十分迅速，器件的長(zhǎng)期可靠性和耐用性已經(jīng)可以接受，SiC 材料較高的熱導(dǎo)率提高了器件的電流密度，較高的禁帶寬度提高了器件的擊穿場(chǎng)強(qiáng)。目前，SiC MOSFET 已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在額定電壓 600V，甚至 1000V 以上的領(lǐng)域。2.1.1 SiC MSOFET 的基本結(jié)構(gòu)本文試驗(yàn)中采用 Cree 公司生產(chǎn)的 4H-SiC MOSFET（C2M0160120D）器件，阻斷電壓標(biāo)稱值為 1200V，25°C 下工作電流標(biāo)稱值為 19A。

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文一般選擇 Ni、Al。其他結(jié)構(gòu)自上而下分別是：1、N+源區(qū)。4、P+源區(qū)，P+源區(qū)將 P 阱區(qū)和 N+源區(qū)短的開(kāi)啟，同時(shí)也減小了源極的接觸電阻。5、P 阱FET 的 P 阱區(qū)和 N+源區(qū)均通過(guò)擴(kuò)散來(lái)完成，兩次擴(kuò)的差值決定了溝道的長(zhǎng)度，但在 SiC 材料中雜質(zhì)的阱區(qū)和 N+區(qū)的形成需要通過(guò)多次離子注入。6、N 型者零的情況下，溝道無(wú)法形成反型層，PN 結(jié)耗盡層漂移區(qū)一側(cè)擴(kuò)展，所以 N 型漂移區(qū)的摻雜濃度和厚ET 的擊穿電壓，同時(shí)摻雜濃度的改變也漂移區(qū)的電小。7、N+襯底層，襯底層屬于重?fù)诫s區(qū)域，摻雜濃面電極時(shí)可以形成歐姆接觸。FET 的工作原理

第 2 章 SiC MOSFET 期間及輻照效應(yīng)基礎(chǔ)理論可以認(rèn)為溝道內(nèi)的電勢(shì)近似為零且處處相等，此時(shí)的溝道具有電阻的特性，漏源之間電流和漏源兩端電壓成正比，所以將這一段區(qū)域稱為線性區(qū)。漏源兩端電壓繼續(xù)增大，源端電勢(shì)始終為零，柵漏之間電勢(shì)差越來(lái)越小，靠近漏端一側(cè)的溝道厚度逐漸減小。溝道厚度的減小會(huì)引起載流子濃度的減小以及溝道電阻的增大，導(dǎo)致曲線的斜率隨著漏源兩端電壓的增加逐漸減小，所以將這一段區(qū)域稱為非線性區(qū)。繼續(xù)增大漏源兩端電壓直到漏端溝道被夾斷，此時(shí)的漏源兩端所加的電壓即為飽和漏源電壓 VDsat，漏源兩端所加電壓大于飽和漏源電壓后，如果繼續(xù)增加，則會(huì)使溝道夾斷點(diǎn)向源極移動(dòng)，溝道夾斷區(qū)實(shí)際上就是載流子耗盡區(qū)，載流子一但到達(dá)夾斷點(diǎn)，就會(huì)在耗盡區(qū)的強(qiáng)電場(chǎng)作用下以飽和速度迅速到達(dá)漏端，此時(shí)漏源之間電流不會(huì)隨著漏源電壓增加繼續(xù)增大，所以稱為飽和區(qū)。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張姚;易茂祥;王可可;吳清焐;丁力;梁華國(guó);;一種降低電路泄漏功耗的多閾值電壓方法[J];微電子學(xué);2018年06期

2 張永歡;姜巖峰;;近閾值電壓電路研究進(jìn)展[J];微電子學(xué);2016年01期

3 楊慧;郭宇鋒;洪洋;;納米器件閾值電壓提取方法[J];功能材料與器件學(xué)報(bào);2014年01期

4 陳裕權(quán);;采用非極性面提高FET的閾值電壓[J];半導(dǎo)體信息;2009年04期

5 肖志強(qiáng);低閾值電壓控制技術(shù)[J];微電子技術(shù);1997年03期

6 T.Egawa;朱幗才;;GaAsMESFET的閾值電壓和位錯(cuò)間的微觀關(guān)系對(duì)退火方法的依賴性[J];半導(dǎo)體情報(bào);1987年04期

7 ;第八期內(nèi)容預(yù)告[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);1988年05期

8 ;內(nèi)容預(yù)告[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);1988年07期

9 鄭養(yǎng)抏;方申慶;陳學(xué)良;楊華麗;;E/D MOSFET閾值電壓的調(diào)節(jié)和控制[J];微電子學(xué)與計(jì)算機(jī);1988年08期

10 王方,孫龍杰,黃敞,吾勤之,張玲珊;短溝道MOSFET閾值電壓輻照增強(qiáng)漂移效應(yīng)[J];微電子學(xué);1988年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 張洪濤;郭雪峰;;界面修飾功能化有機(jī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

2 熊俊峰;劉祥遠(yuǎn);郭陽(yáng);;基于多閾值電壓技術(shù)的功耗優(yōu)化方法研究[A];第十六屆計(jì)算機(jī)工程與工藝年會(huì)暨第二屆微處理器技術(shù)論壇論文集[C];2012年

3 程珍娟;張波;鄭儒富;王少軍;;高性能欠壓鎖定電路的設(shè)計(jì)[A];四川省電子學(xué)會(huì)半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會(huì)2006年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

4 郭云龍;狄重安;于貴;劉云圻;;薄膜微結(jié)構(gòu)對(duì)有機(jī)光晶體管閾值電壓的影響[A];全國(guó)第八屆有機(jī)固體電子過(guò)程暨華人有機(jī)光電功能材料學(xué)術(shù)討論會(huì)摘要集[C];2010年

5 黃新林;竇建華;;基于自適應(yīng)體偏壓技術(shù)的低功耗研究[A];全國(guó)第20屆計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議(CACIS·2009)暨全國(guó)第1屆安全關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下冊(cè)）[C];2009年

6 李誼;劉琪;王立偉;王喜章;胡征;;具有高遷移率及低閾值電壓特征的并五苯薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì)第5分會(huì)場(chǎng)摘要集[C];2012年

7 錢(qián)家駿;王占國(guó);萬(wàn)壽科;林蘭英;;退火直拉硅中小于10nm的微缺陷[A];第五次全國(guó)電子顯微學(xué)會(huì)議論文摘要集[C];1988年

8 張國(guó)和;蔡豪剛;邵志標(biāo);;LOCOS隔離MOSFET/SOI埋氧界面的應(yīng)力研究[A];第十六屆全國(guó)半導(dǎo)體物理學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2007年

9 陳華華;沈繼忠;;采用并聯(lián)開(kāi)關(guān)的三值ECL電路設(shè)計(jì)[A];西部大開(kāi)發(fā) 科教先行與可持續(xù)發(fā)展——中國(guó)科協(xié)2000年學(xué)術(shù)年會(huì)文集[C];2000年

10 顏柏寒;童浩;錢(qián)航;繆向水;;基于GeTe薄膜的閾值電壓可調(diào)制的相變異質(zhì)結(jié)[A];TFC'15全國(guó)薄膜技術(shù)學(xué)術(shù)研討會(huì)論文摘要集[C];2015年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 山西 楊德印;ZD-001C型水位控制器電路再剖析[N];電子報(bào);2007年

2 貴州 周建 編譯;增加電壓/頻率變換器的功能[N];電子報(bào);2014年

3 成都 史為 編譯;基于MOSFET的焦耳小偷電路[N];電子報(bào);2015年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 朱朝嵩;GaAs閾值電壓均勻性與測(cè)試系統(tǒng)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2002年

2 聶國(guó)政;有機(jī)薄膜晶體管制備和性能研究[D];華南理工大學(xué);2011年

3 吳福煒;數(shù)字電路低功耗設(shè)計(jì)方法研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2003年

4 徐睿;非晶硅鍺/氧化銦鋅薄膜性能優(yōu)化及其晶體管應(yīng)用研究[D];電子科技大學(xué);2015年

5 李妤晨;基于PIN的IMOS與TFET器件研究[D];西安電子科技大學(xué);2013年

6 丁星偉;氧化物薄膜晶體管的制備與物性研究[D];上海大學(xué);2015年

7 秦珊珊;硅基應(yīng)變MOSFET的研究和設(shè)計(jì)[D];西安電子科技大學(xué);2011年

8 黃偉;薄膜晶體管的功能層修飾與性能關(guān)系的研究[D];電子科技大學(xué);2016年

9 強(qiáng)蕾;非晶半導(dǎo)體薄膜晶體管模型研究及參數(shù)提取[D];華南理工大學(xué);2015年

10 李列文;FPGA低功耗設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)研究[D];中南大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 張靖維;不同柵偏下SiC MOSFET的輻照響應(yīng)及退火恢復(fù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2019年

2 許奇;基于VOPc的低閾值電壓OTFT的制備與性能研究[D];長(zhǎng)春理工大學(xué);2019年

3 黃倩;高閾值電壓增強(qiáng)型GaN基HEMT器件研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

4 周磊;TFT-LCD手機(jī)顯示屏殘影問(wèn)題的分析與解決[D];廈門(mén)大學(xué);2018年

5 張姚;協(xié)同緩解電路老化與泄漏功耗的多閾值配置技術(shù)研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

6 丁力;N型多米諾門(mén)電路可靠性及泄漏功耗分析與優(yōu)化[D];合肥工業(yè)大學(xué);2018年

7 田野;GaN基FinFET器件工藝及特性分析[D];西安電子科技大學(xué);2018年

8 張健行;FINFET器件特性與NBTI效應(yīng)研究[D];西安電子科技大學(xué);2018年

9 周德華;CMOS溫度傳感器電路的設(shè)計(jì)[D];東南大學(xué);2018年

10 楊溢;增強(qiáng)型GaN Trench-Gate MIS-HFET閾值電壓調(diào)控技術(shù)[D];電子科技大學(xué);2018年

本文編號(hào)：2761608