【摘要】：雙極晶體管具有優(yōu)良的特性,并且廣泛應用在空間設(shè)備電子系統(tǒng)中。不同結(jié)構(gòu)和不同柵氧化層GLPNP型晶體管對電離輻照損傷敏感性不同,因此分別研究不同柵氧化層厚度GLPNP型晶體管和不同結(jié)構(gòu)GLPNP型晶體管的電離損傷效應是具有重要意義的。本文以不同柵氧化層厚度和不同結(jié)構(gòu)的GLPNP型晶體管為研究對象,基于1MeV電子輻照試驗,結(jié)合氫氣浸泡試驗,利用4200半導體參數(shù)測試儀和深能級瞬態(tài)譜測試儀,分別測試關(guān)鍵的電性能參數(shù)及輻射缺陷,揭示柵氧化層厚度和結(jié)構(gòu)對GLPNP晶體管電性能退化和缺陷演化的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明,在1MeV電子輻照時,隨輻照注量的增加,不同柵氧化層厚度的GLPNP晶體管電流增益降低。當輻照注量相同時,與較厚的柵氧化層GLPNP晶體管相比,較薄的柵氧化層PNP晶體管電流增益退化更加嚴重,這說明薄柵氧化層的晶體管對1MeV電子輻照損傷更為敏感。在1MeV電子輻照時,隨著輻照注量的增加,不同結(jié)構(gòu)的GLPNP晶體管電性能均發(fā)生顯著退化。當輻照注量相同時,具有最小發(fā)射區(qū)周長面積比和最大基區(qū)面積的結(jié)構(gòu)輻照損傷最大,具有最大發(fā)射區(qū)周長面積比和最小基區(qū)面積的結(jié)構(gòu)輻照損傷最小。經(jīng)氫氣浸泡處理后,隨著1MeV電子輻照注量的增加,所有的GLPNP型雙極晶體管電性能均發(fā)生明顯退化。對于薄柵氧化層的雙極晶體管,在相同輻照注量時,與未經(jīng)氫氣浸泡情況相比,經(jīng)氫氣浸泡處理的器件電性能退化減弱。對于厚柵氧化層的雙極晶體管而言,在相同輻照注量時,與未經(jīng)氫氣浸泡情況相比,經(jīng)氫氣浸泡處理的器件電性能退化增強。經(jīng)氫氣浸泡處理與未經(jīng)氫氣浸泡處理的具有不同結(jié)構(gòu)的GLPNP型雙極晶體管的電性能退化規(guī)律相似。通過輻照感生缺陷分離計算,可知影響不同條件晶體管電性能退化的主要因素是界面態(tài)陷阱濃度的增加。通過深能級瞬態(tài)譜測試分析,與厚柵氧化層晶體管相比,薄柵氧化層晶體管DLTS信號峰值增加;浸泡氫氣后薄柵氧化層晶體管信號峰向高溫方向移動,且信號峰值降低,浸泡氫厚柵氧化層晶體管信號峰值明顯增加。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN322.8
【圖文】：

圖 1-1 空間環(huán)境對航天器造成的影響[7]晶體管的輻照損傷效應應是物質(zhì)在輻射作用下所產(chǎn)生的一切現(xiàn)象，主要指輻射把能成物質(zhì)性狀變化�？梢苑譃殡婋x效應和位移效應[8]。離效應：是電子材料中的中性原子或分子受到輻射而電離生變化的現(xiàn)象。電離效應主要會引起材料的性能產(chǎn)生瞬態(tài)半導體的界面產(chǎn)生界面態(tài)，器件表面性能發(fā)生半永久變化[度能量的粒子在輻照進入到半導體內(nèi)部后，其能量被一些束束縛電子從價帶激發(fā)到導帶，產(chǎn)生了電子-空穴對。表 1-1（Si 或 Ge）電離密度。表 1-1 硅和鍺的每 Gy（Si 或 Ge）電離密度Si Ge度/Gy（物質(zhì)）4.2×10151.1×1016

圖 1-2 不同氧化層厚度的 NPN 雙極晶體歸一化電流增益隨輻照總劑量及室溫時間變化規(guī)律[13]從 Si/SiO2界面到 SiO2層 5 nm~10 nm 范圍內(nèi)，有許多的空穴陷阱，Si/SiO2界面運動過程中，空穴容易被這些陷阱俘獲形成氧化物陷阱電荷穴運動到 Si/SiO2界面發(fā)生反應形成界面陷阱電荷，也稱作界面態(tài)[16]。張等人[17]研究表明，對于 MOS 結(jié)構(gòu)的柵氧化層厚度與輻照感生的氧化物電度△Not 和界面態(tài)陷阱濃度△Nit 有關(guān)，在 γ 射線輻照過程中，△Not 和的增加和柵氧化層厚度的 n 次方成正比。n 的取值和電荷、偏置電壓和襯種類有關(guān)，n 取值在 1~3�？芍谳^薄的柵氧化層情況下，輻照感生的氧電荷濃度和界面態(tài)陷阱濃度比較低。但是柵控雙極器件的氧化物電荷濃度面態(tài)陷阱濃度與柵氧化層厚度的關(guān)系并未有人提出類似關(guān)系，通常通過平壓法定量提取輻照感生電荷濃度和界面態(tài)陷阱濃度。1.4 發(fā)射極周長面積比對柵控器件輻照性能的影響發(fā)射極周長面積比對晶體管輻照損傷有很大影響，鄭玉寬等人[18]研究

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文第 2 章 試驗器件及分析測試方法用柵氧化層厚度不同和結(jié)構(gòu)不同的橫向 PNP 雙深 2.0~2.5 微米，平均濃度約 1×1018/cm3；PNP 管基1×1015/cm3，金屬層材料為 AlCu，鈍化層材料為 S極晶體管橫斷面示意圖，在集電極和發(fā)射極之間加電壓，通過控制這個掃描電壓可以控制區(qū)域表面上具有 MOSFET 功能和 BJT 特性[41]，可以使器件在、耗盡和反型的工作模式。圖 2-2 是 PNP 雙極晶體使用情況。

【參考文獻】

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本文編號：2789058