超结MOSFET的单粒子辐射效应与加固研究

发布时间：2020-11-20 00:02

　　 超结MOSFET(SJ-MOS)因其低导通损耗在许多领域已逐渐取代传统的MOSFET,但在航空航天等辐射环境中的进一步应用将受到单粒子辐射效应(SEE)的限制。本文基于国内外关于超结MOSFET单粒子辐射效应及加固研究缺乏的现状,对超结MOSFET的元胞和终端单粒子效应进行了仿真和理论分析,并在此基础上提出相应的抗辐射加固措施。主要工作如下:本文基于超结MOSFET器件及辐射效应的基本理论,分别对元胞和终端结构进行了设计,并对其单粒子辐射效应进行了仿真和深入分析。具体包括超结MOSFET元胞的SEB效应、SEGR效应以及终端的SEB效应,从物理机理分析、辐射条件(包括入射位置和入射深度)和偏置条件的影响三个方面展开。元胞单粒子辐射效应仿真及分析表明,其SEB失效机理与内部寄生BJT开启并进入放大状态有关,其SEGR失效机理与空穴大量堆积于栅氧下表面造成电场增大有关。粒子从JFET区左右两侧入射发生SEB的可能性更高,从JFET区中心入射发生SEGR的可能性更高,且两种效应发生的可能性均随着粒子入射深度或漏极偏压的增加而增大。元胞抗SEB加固可通过抑制寄生BJT的开启并减小其电流增益来实现,抗SEGR加固可通过优化栅介质层、控制空穴在栅氧下的聚集程度来实现。本文提供了JFET区上方覆盖厚氧、深P+结构、P型埋层、N-buffer层、降低N+源区掺杂、空穴旁路结构、P/N柱非均匀掺杂等加固方案并验证。终端单粒子辐射效应仿真分析表明,其SEB失效是因为辐射产生的空穴密集流过等位环上方接触孔,使接触孔边缘电流集中而产生热点局部烧毁。粒子从等位环接触孔附近入射发生烧毁的可能性更大,且发生SEB的可能性随着粒子入射深度和漏源电压的增大。终端的抗SEB加固可通过控制流过接触孔的空穴密集程度来实现,本文提供了镇流电阻、N-buffer层、P型埋层三种加固方案并进行仿真验证。本课题对于超结MOSFET元胞和终端的单粒子效应失效机理及影响因素进行了较深入分析,给出了相应的抗辐射加固方案并验证。对于抗辐射超结MOS器件的设计与改进具有重大意义。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN386
【部分图文】：

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本文编号：2890629