抗辐射VDMOS器件的研究与设计

发布时间：2017-10-11 07:14

  本文关键词：抗辐射VDMOS器件的研究与设计

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【摘要】：功率器件广泛应用于航天和军事领域。工作在空间环境中的功率器件极易受到高能质子和重离子的作用诱发单粒子效应,导致器件性能退化甚至失效,严重威胁到卫星、航天器工作的可靠性。单粒子烧毁效应和单粒子栅穿效应是单个高能粒子入射到、DMOS器件内部引发的两种常见的破坏性失效模式。本文主要研究这两种效应的器件失效机理,并在此基础上探究了器件结构参数改进对辐射加固的作用。本文首先介绍了、DMOS的基本结构与工艺流程,在此基础上分别在导通和关断两个状态下研究了VDMOS的工作特性。随后讨论了VDMOS的阈值电压、跨导、导通电阻及击穿电压等电学参数的计算方法及影响因素,为抗辐射VDMOS的研究与设计奠定了理论基础。其次,从理论分析和器件仿真两个方面入手研究了VDMOS的SEB效应失效机理。理论分析结合了雪崩倍增效应和寄生三极管导通机制两个模型,系统地分析了SEB效应的器件失效过程。器件仿真方面,利用4EDICI仿真软件分析了、DMOS辐射后的电流响应,找出了SEB效应的敏感区域,得出了VDMOS的二次击穿电压与SEB安全工作区域的关系。并且基于失效机理的理论模型研究了VDMOS抗SEB性能的影响因素,针对影响SEB敏感度的器件结构参数进行了仿真验证。然后,从理论和仿真两方面研究了VDMOS的SEGR失效机理。针对Si-SiO2界面的空穴积累现象提出了“空穴池”积累模型,并且根据“空穴池”积累模型借助仿真软件研究了JFET宽度对器件SEGR敏感度和电学特性的影响。结合SEB效应的漏电流响应曲线指出了SEB效应中的栅氧化层微击穿现象,并据此提出了SEB敏感度和SEGR敏感度的相互制约关系。最后,给出了一种150V抗辐射VDMO S的设计方案。该方案设计的器件既与现有工艺条件相兼容,又具有一定的抗辐射能力。此外,研究了超结VDMO S、沟槽型VDMOS和PSOI VDMOS三种新型VDMOS器件的抗辐射能力,为新型VDMOS在航空航天领域的推广使用提供了理论依据。
【关键词】：VDMOS 抗辐射 SEB SEGR 新型器件结构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 课题背景9-13
• 1.1.1 功率器件与VDMOS9
• 1.1.2 空间辐射环境及分析9-11
• 1.1.3 VDMOS的辐射效应11-13
• 1.2 国内外研究现状及研究意义13-14
• 1.2.1 国内外研究现状13
• 1.2.2 抗辐射VDMOS的研究意义13-14
• 1.3 本文工作内容14-17
• 第二章 VDMOS的结构与工作原理17-29
• 2.1 VDMOS的结构与工艺17-21
• 2.1.1 VDMOS的基本结构17-20
• 2.1.2 VDMOS的工艺流程20-21
• 2.2 VDMOS的工作原理21-23
• 2.2.1 VDMOS的导通特性21-22
• 2.2.2 VDMOS的关断特性22-23
• 2.3 VDMOS的基本电学参数23-27
• 2.3.1 阈值电压23
• 2.3.2 跨导23-24
• 2.3.3 击穿电压24-25
• 2.3.4 导通电阻25-27
• 2.4 本章小结27-29
• 第三章 SEB辐射效应研究29-43
• 3.1 SEB失效机理的研究29-35
• 3.1.1 VDMOS的雪崩倍增效应29-31
• 3.1.2 寄生三极管的导通机制31-35
• 3.2 SEB数值仿真模型35-37
• 3.2.1 SEB失效的漏电流响应35-36
• 3.2.2 SEB效应的位置敏感性36-37
• 3.2.3 VDMOS的SEB效应安全工作电压37
• 3.3 VDMOS的结构参数对器件抗SEB能力的影响37-41
• 3.3.1 源区掺杂浓度的影响37-38
• 3.3.2 P阱注入剂量的影响38-39
• 3.3.3 外延缓冲层厚度和浓度的影响39-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 SEGR辐射效应研究43-53
• 4.1 SEGR失效机理的研究43-46
• 4.2 “空穴池”积累模型及JFET宽度的优化46-47
• 4.2.1 “空穴池”积累模型46-47
• 4.2.2 JFET宽度对VDMOS抗SEGR能力的影响47
• 4.3 栅氧化层微击穿及SEGR敏感度与SEB敏感度的关系47-51
• 4.3.1 栅氧化层微击穿47-48
• 4.3.2 SEGR敏感度与SEB敏感度的关系48-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第五章 150V抗辐射VDMOS器件的设计53-63
• 5.1 150V抗辐射VDMOS设计方案53-56
• 5.1.1 主要参数的设计53-54
• 5.1.2 版图的设计54-55
• 5.1.3 器件仿真结果55-56
• 5.2 器件结构改进56-62
• 5.2.1 超结VDMOS的抗辐射研究56-59
• 5.2.2 沟槽型VDMOS的抗辐射研究59-60
• 5.2.3 PSOI VDMOS的抗辐射研究60-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 总结63
• 6.2 展望63-65
• 致谢65-67
• 参考文献67-69
• 作者简介69

【参考文献】

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本文编号：1011176