功率VDMOS器件的SEB致SEGR效应研究

发布时间：2020-12-26 16:02

　　功率VDMOS器件是航天器电源系统配套的核心元器件之一,在重粒子辐射下会发生单粒子烧毁（SEB）和单粒子栅穿（SEGR）效应,严重影响航天器的在轨安全运行。本文在深入分析其单粒子损伤机制及微观过程的基础上,发现了功率VDMOS器件在重粒子辐射下存在SEBIGR效应,并在TCAD软件和¹⁸¹Ta粒子辐射试验中进行了验证。引起该效应的物理机制是,重粒子触发寄生三极管,产生瞬时大电流,使得硅晶格温度升高,高温引起栅介质层本征击穿电压降低,继而触发SEGR效应。SEBIGR效应的发现为深入分析功率MOSFET器件的单粒子辐射效应奠定了理论基础。 

【文章来源】：微电子学. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

平面型功率VDMOS的器件结构剖面图

当重粒子沿图2中经迹A垂直入射时,仿真得到如图3所示的器件漏源电流(Ids)、栅源电流(Igs)随重粒子入射时间(t)的关系曲线。当漏源偏置电压为60 V和70 V时,Ids和Igs在重粒子入射的5 ns时间内存在变大现象,而后恢复正常,即没有发生SEB效应;当漏源偏置电压为80 V时,Ids和Igs在3.7 ns时出现剧烈扰动,持续约0.7 ns后,器件完全被烧毁。图3 器件漏源和栅源电流与入射时间的关系曲线

图2 功率VDMOS器件半元胞的剖面结构图图4所示为栅介质层附近(沟道区)晶格温度(T)与重粒子入射时间的关系曲线。当重粒子入射时间t=3.7 ns时,T在稍微降低后又出现急剧上升,且超过1 450 K。由此从侧面证明:重粒子入射后Ids在t=1.3 ns时达到峰值(0.27 A),而后下降,在下降的2 ns时间内,T继续升高,由1 200 K上升到约1 370 K,从而使得栅介质层本征击穿电压降低,发生SEGR效应,最终在SEB和SEGR的综合作用下使得器件完全失效。由此可见,当重粒子沿器件的源区垂直入射时,发生了一种不同于SEB和SEGR效应的新效应,即SEBIGR效应。SEBIGR效应与SEB效应相比,不仅有瞬时大电流产生的晶格热的作用机制,还有附加栅介质层被击穿后电流产生的附加晶格热的贡献。与SEGR效应相比,SEBIGR效应没有栅介质层两端增加的附加电场的作用。

【参考文献】：
期刊论文
[1]SEGR- and SEB-hardened structure with DSPSOI in power MOSFETs[J]. Zhaohuan Tang,Xinghua Fu,Fashun Yang,Kaizhou Tan,Kui Ma,Xue Wu,Jiexing Lin.  Journal of Semiconductors. 2017(12)
[2]功率VDMOS器件抗SEB/SEGR技术研究进展[J]. 唐昭焕,杨发顺,马奎,谭开洲,傅兴华.  微电子学. 2017(03)

博士论文
[1]单粒子辐射加固功率MOSFET器件新结构及模型研究[D]. 唐昭焕.贵州大学 2019



本文编号：2940019