超結(jié)MOSFET(SJ-MOS)因其低導通損耗在許多領域已逐漸取代傳統(tǒng)的MOSFET,但在航空航天等輻射環(huán)境中的進一步應用將受到單粒子輻射效應(SEE)的限制。本文基于國內(nèi)外關于超結(jié)MOSFET單粒子輻射效應及加固研究缺乏的現(xiàn)狀,對超結(jié)MOSFET的元胞和終端單粒子效應進行了仿真和理論分析,并在此基礎上提出相應的抗輻射加固措施。主要工作如下:本文基于超結(jié)MOSFET器件及輻射效應的基本理論,分別對元胞和終端結(jié)構(gòu)進行了設計,并對其單粒子輻射效應進行了仿真和深入分析。具體包括超結(jié)MOSFET元胞的SEB效應、SEGR效應以及終端的SEB效應,從物理機理分析、輻射條件(包括入射位置和入射深度)和偏置條件的影響三個方面展開。元胞單粒子輻射效應仿真及分析表明,其SEB失效機理與內(nèi)部寄生BJT開啟并進入放大狀態(tài)有關,其SEGR失效機理與空穴大量堆積于柵氧下表面造成電場增大有關。粒子從JFET區(qū)左右兩側(cè)入射發(fā)生SEB的可能性更高,從JFET區(qū)中心入射發(fā)生SEGR的可能性更高,且兩種效應發(fā)生的可能性均隨著粒子入射深度或漏極偏壓的增加而增大。元胞抗SEB加固可通過抑制寄生BJT的開啟并減小其電流增益來實現(xiàn),抗SEGR加固可通過優(yōu)化柵介質(zhì)層、控制空穴在柵氧下的聚集程度來實現(xiàn)。本文提供了JFET區(qū)上方覆蓋厚氧、深P+結(jié)構(gòu)、P型埋層、N-buffer層、降低N+源區(qū)摻雜、空穴旁路結(jié)構(gòu)、P/N柱非均勻摻雜等加固方案并驗證。終端單粒子輻射效應仿真分析表明,其SEB失效是因為輻射產(chǎn)生的空穴密集流過等位環(huán)上方接觸孔,使接觸孔邊緣電流集中而產(chǎn)生熱點局部燒毀。粒子從等位環(huán)接觸孔附近入射發(fā)生燒毀的可能性更大,且發(fā)生SEB的可能性隨著粒子入射深度和漏源電壓的增大。終端的抗SEB加固可通過控制流過接觸孔的空穴密集程度來實現(xiàn),本文提供了鎮(zhèn)流電阻、N-buffer層、P型埋層三種加固方案并進行仿真驗證。本課題對于超結(jié)MOSFET元胞和終端的單粒子效應失效機理及影響因素進行了較深入分析,給出了相應的抗輻射加固方案并驗證。對于抗輻射超結(jié)MOS器件的設計與改進具有重大意義。
【學位單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN386
【部分圖文】：

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ST公司超結(jié)MOS系列產(chǎn)品
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本文編號：2890629