發(fā)布時間：2017-12-24 03:27

  本文關(guān)鍵詞：功率MOSFET單粒子效應(yīng)及輻射加固研究　出處：《哈爾濱工程大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

  更多相關(guān)文章： 功率MOSFET 單粒子燒毀(SEB) 單粒子?xùn)糯?SEGR) 輻射加固 器件終端 載流子壽命控制

【摘要】：隨著航空航天工程的不斷發(fā)展,空間儀器需要在輻射環(huán)境中大量應(yīng)用�？臻g輻射環(huán)境含有各種高能帶電粒子,高能帶電粒子與電子器件相互作用可能引發(fā)單粒子效應(yīng)(SEE),單粒子效應(yīng)主要包括單粒子燒毀(SEB)和單粒子?xùn)糯?SEGR)兩種,可導(dǎo)致空間儀器電源燒毀,嚴(yán)重威脅衛(wèi)星、航天器的在軌壽命。面臨國外核心技術(shù)封鎖和對抗輻射元器件禁售的現(xiàn)狀,研究功率MOSFET單粒子效應(yīng)和開發(fā)高性能抗輻射加固功率MOSFET器件成為亟待解決的問題。本文主要研究了功率MOSFET單粒子效應(yīng)和抗輻射加固兩方面問題。針對目前槽柵UMOSFET單粒子效應(yīng)研究的不足,本文對SEB和SEGR效應(yīng)的觸發(fā)機(jī)理、敏感區(qū)域、觸發(fā)條件和性能表征進(jìn)行了整體研究。目前,常規(guī)加固技術(shù)在提高功率MOSFET抗SEB性能的同時降低了基本電學(xué)特性。針對該問題本文提出了 SD-UMOSFET和ACCUFET兩種新型槽柵UMOSFET抗SEB加固結(jié)構(gòu),并提出對FFR終端結(jié)構(gòu)的SEB特性進(jìn)行了研究,以期達(dá)到在不犧牲器件正向工作特性的條件下改善抗SEB性能的目的。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)載流子壽命控制方法的不足,本文提出了局部載流子壽命控制方法,證明該方法在同一加固效果情況下可以降低漏電流密度�；趩瘟Ｗ有�(yīng)理論模型的建立及仿真實驗數(shù)據(jù)的分析,本文主要工作內(nèi)容概括如下:首先,提出了新型槽柵UMOSFET(SGE-UMOSFET)的SEB和SEGR效應(yīng)研究。文中給出了該器件對SEB和SEGR最敏感的水平入射位置及SEB和SEGR最敏感區(qū)域,并發(fā)現(xiàn)了觸發(fā)SEB和SEGR最容易和最有效的方法。證明與普通槽柵UMOSFET相比,SGE-UMOSFET具有更強(qiáng)的抗單粒子效應(yīng)性能。與傳統(tǒng)VDMOSFET相比較,槽柵UMOSFET在相同偏壓條件下具有更小的栓鎖電流密度,寄生BJT更不容易導(dǎo)通,具有更好的抗SEB性能;同時為了保證槽柵UMOSFET的SEGR性能,需要更高質(zhì)量的柵氧介質(zhì)。其次,提出了 SD-UMOSFET和ACCUFET兩種新型槽柵UMOSFET結(jié)構(gòu)。研究分析了兩種新結(jié)構(gòu)的SEB最敏感水平入射位置和抗SEB加固原理,同時得到了緩沖層最優(yōu)濃度獲取方法。通過對兩種器件普通及加固結(jié)構(gòu)的SEB性能研究,證明與P+源區(qū)擴(kuò)展型UMOSFET抗SEB加固結(jié)構(gòu)相比,所提出的兩種結(jié)構(gòu)可以在不影響正向飽和電流情況下提高抗SEB性能。研究表明,經(jīng)過緩沖層優(yōu)化的SD-UMOSFET和ACCUFET器件可實現(xiàn)在整個工作電壓范圍內(nèi)對SEB免疫。再次,提出了 FFR終端結(jié)構(gòu)的SEB特性研究,討論了該結(jié)構(gòu)的SEB最敏感水平入射位置和終端的SEB觸發(fā)機(jī)理,給出了 SEB觸發(fā)點(diǎn)和SEB失效原因。給出了終端緩沖層結(jié)構(gòu)的抗SEB加固機(jī)理,并對FFR終端加固結(jié)構(gòu)的SEB性能進(jìn)行了表征,證明加固結(jié)構(gòu)的SOA隨緩沖層厚度增加逐漸達(dá)到飽和,本文經(jīng)過經(jīng)過緩沖層優(yōu)化的SOA值可達(dá)擊穿電壓的90.0%以上。最后,本文提出了局部載流子壽命控制方法。研究給出了局部載流子壽命控制區(qū)域和加固機(jī)理,并對不同載流子壽命控制條件下的SEB性能進(jìn)行了表征。與傳統(tǒng)載流子壽命控制方法相比,所提出的方法在同一加固效果情況下,具有更低的漏電流密度。同時該方法與緩沖層技術(shù)相比,可以避免導(dǎo)通電阻的增加,而不會對器件的正向工作特性產(chǎn)生任何影響。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN386

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本文編號：1326697