双极型半导体器件低剂量率增强效应的1/f噪声表征研究
发布时间：2022-07-11 09:10
随着微电子和航空航天技术的快速发展,越来越多的半导体器件与集成电路被应用于航天器上。由于在空间环境工作,这些电子元器件会受到空间辐照的影响,使器件功能退化。双极型器件被广泛应用于在航天星载设备以及武器装备等领域,所以双极型器件的辐照效应和低剂量率辐照损伤增强效应被广泛研究。然而,国内外双极型器件辐照的研究均集中在器件特征电参数辐照效应的实验与机理上,关于辐照对噪声参数的影响研究很少。与电参数相比,低频噪声参数灵敏度更高,也可以表征双极型器件的辐照效应。本文旨在利用低频噪声表征双极型器件辐照损伤以及低剂量率辐照损伤增强效应。本文对双极晶体管以及双极线性稳压器的的辐照损伤机理进行了深入的研究,建立了1/f噪声表征辐照损伤模型。本文具体研究内容如下:（1）对高、低剂量率下的PNP晶体管的辐照效应进行了深入研究,建立了基于辐照效应的发射结空间电荷区表面复合电流模型和1/f噪声模型。研究发现界面态使表面复合电流增加,而氧化物电荷则起相反作用,但是界面态起主导作用,最终导致基极电流增加,导致PNP晶体管的电流增益退化。同时,研究也发现辐照感生的氧化物陷阱电荷和界面态是导致器件噪声性能退化的原因,这...
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 低剂量率损伤增强效应国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要内容
第二章 双极型半导体器件的辐照退化效应及噪声理论
2.1 辐照环境
2.1.1 空间辐照环境
2.1.2 核辐照环境
2.1.3 模拟源环境
2.2 硅双极半导体器件的辐照效应
2.2.1 电离效应
2.2.2 位移效应
2.3 辐照在双极器件中产生的缺陷
2.3.1 界面态
2.3.2 氧化物陷阱电荷
2.4 双极器件的噪声
2.4.1 1/f噪声
2.4.2 G-R噪声
2.4.3 热噪声
2.4.4 散粒噪声
2.5 小结
第三章 双极晶体管低剂量率辐照损伤增强效应的1/f噪声表征研究
3.1 引言
3.2 PNP晶体管的辐照实验和结果
3.2.1 双极晶体管的噪声测量方法
3.2.2 双极晶体管的低频噪声测试系统
3.2.3 实验样品和辐照实验
3.2.4 实验结果
3.3 PNP晶体管电离辐照效应研究
3.3.1 发射结空间电荷区表面复合电流退化模型
3.3.2 基于辐照效的PNP晶体管噪声模型
3.4 实验结果分析
3.4.1 基极电流退化
3.4.2 基极电流噪声退化
3.5 小结
第四章 NPN晶体管低剂量率辐照损伤增强效应的 1/f噪声表征以及辐照感生电荷分离的研究
4.1 NPN晶体管辐照实验和结果
4.1.1 实验
4.1.2 实验结果
4.2 NPN晶体管电离辐照效应研究
4.2.1 基极表面耗尽
4.2.2 电流退化模型
4.2.3 1/f噪声表征模型
4.2.4 实验结果分析
4.3 基于 1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离方法
4.3.1 现有的双极器件的辐照感生电荷的定量分离方法
4.3.2 基于 1/f噪声的辐照感生电荷的分离方法
4.4 小结
第五章 双极线性稳压器剂量率辐照损伤增强效应的 1/f噪 声表征研究
5.1 引言
5.2 实验与结果
5.2.1 实验样品与实验方法
5.2.2 线性集成稳压器的测试注意事项
5.2.3 实验结果
5.3 辐照损伤机理分析
5.3.1 输出电压
5.3.2 输出噪声
5.4 小结
第六章 探测器电源电路的辐照效应的 1/f噪声表征研究
6.1 探测器的电源电路
6.1.1 电源电路的组成
6.1.2 电源电路的各个组成部分的原理介绍
6.2 稳压二极管的辐照效应
6.2.1 实验
6.2.2 结果与讨论
6.3 电源电路的辐照效应
6.3.1 实验
6.3.2 结果与讨论
6.4 小结
第七章 结论
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]双极晶体管ELDRS实验及数值模拟[J]. 刘敏波,陈伟,何宝平,黄绍艳,姚志斌,盛江坤,肖志刚,王祖军. 微电子学. 2015(02)
[2]基于低频噪声的薄膜电阻器可靠性表征方法[J]. 吴勇,马中发,杜磊,何亮. 电子科技. 2014(12)
[3]双极电压比较器低剂量率辐照损伤增强效应的变温辐照加速评估方法[J]. 马武英,陆妩,郭旗,吴雪,孙静,邓伟,王信,吴正新. 原子能科学技术. 2014(11)
[4]Quantum percolation tunneling current 1/fγ noise model for high-κ gate stacks Bi-layer breakdown[J]. LIU YuAn,ZHANG YiQi,LI Cong. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2014(09)
[5]栅控横向PNP双极晶体管基极电流峰值展宽效应及电荷分离研究[J]. 马武英,王志宽,陆妩,席善斌,郭旗,何承发,王信,刘默寒,姜柯. 物理学报. 2014(11)
[6]变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器LM317上的应用[J]. 邓伟,陆妩,郭旗,何承发,吴雪,王信,张晋新,张孝富,郑齐文,马武英. 原子能科学技术. 2014(04)
[7]双极集成电路低剂量率辐射损伤增强效应的高温辐照加速实验[J]. 刘敏波,陈伟,姚志斌,黄绍艳,何宝平,盛江坤,肖志刚,王祖军. 强激光与粒子束. 2014(03)
[8]A unified drain current 1/f noise model for GaN-based high electron mobility transistors[J]. 刘宇安,庄奕琪,马晓华,杜鸣,包军林,李聪. Chinese Physics B. 2014(02)
[9]双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析[J]. 马武英,陆妩,郭旗,何承发,吴雪,王信,丛忠超,汪波,玛丽娅. 物理学报. 2014(02)
[10]双极型器件的总剂量辐射效应与损伤机理[J]. 张婷,刘远,李斌,恩云飞,何玉娟,杨元政. 核电子学与探测技术. 2013(12)
博士论文
[1]噪声用于半导体大功率激光器及双极晶体管可靠性研究[D]. 石英学.吉林大学 2006
硕士论文
[1]线性集成稳压器抗辐照性能测试与分析[D]. 孙江超.北京工业大学 2013
[2]半导体器件低剂量率辐照效应及表征方法研究[D]. 胡博.西安电子科技大学 2011
[3]基准二极管低频噪声测试系统设计及其可靠性筛选方法研究[D]. 张苑.吉林大学 2009
本文编号：3657893
【文章页数】：129 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号对照表
缩略语对照表
第一章 绪论
1.1 研究背景和研究意义
1.2 低剂量率损伤增强效应国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.3 论文的主要内容
第二章 双极型半导体器件的辐照退化效应及噪声理论
2.1 辐照环境
2.1.1 空间辐照环境
2.1.2 核辐照环境
2.1.3 模拟源环境
2.2 硅双极半导体器件的辐照效应
2.2.1 电离效应
2.2.2 位移效应
2.3 辐照在双极器件中产生的缺陷
2.3.1 界面态
2.3.2 氧化物陷阱电荷
2.4 双极器件的噪声
2.4.1 1/f噪声
2.4.2 G-R噪声
2.4.3 热噪声
2.4.4 散粒噪声
2.5 小结
第三章 双极晶体管低剂量率辐照损伤增强效应的1/f噪声表征研究
3.1 引言
3.2 PNP晶体管的辐照实验和结果
3.2.1 双极晶体管的噪声测量方法
3.2.2 双极晶体管的低频噪声测试系统
3.2.3 实验样品和辐照实验
3.2.4 实验结果
3.3 PNP晶体管电离辐照效应研究
3.3.1 发射结空间电荷区表面复合电流退化模型
3.3.2 基于辐照效的PNP晶体管噪声模型
3.4 实验结果分析
3.4.1 基极电流退化
3.4.2 基极电流噪声退化
3.5 小结
第四章 NPN晶体管低剂量率辐照损伤增强效应的 1/f噪声表征以及辐照感生电荷分离的研究
4.1 NPN晶体管辐照实验和结果
4.1.1 实验
4.1.2 实验结果
4.2 NPN晶体管电离辐照效应研究
4.2.1 基极表面耗尽
4.2.2 电流退化模型
4.2.3 1/f噪声表征模型
4.2.4 实验结果分析
4.3 基于 1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离方法
4.3.1 现有的双极器件的辐照感生电荷的定量分离方法
4.3.2 基于 1/f噪声的辐照感生电荷的分离方法
4.4 小结
第五章 双极线性稳压器剂量率辐照损伤增强效应的 1/f噪 声表征研究
5.1 引言
5.2 实验与结果
5.2.1 实验样品与实验方法
5.2.2 线性集成稳压器的测试注意事项
5.2.3 实验结果
5.3 辐照损伤机理分析
5.3.1 输出电压
5.3.2 输出噪声
5.4 小结
第六章 探测器电源电路的辐照效应的 1/f噪声表征研究
6.1 探测器的电源电路
6.1.1 电源电路的组成
6.1.2 电源电路的各个组成部分的原理介绍
6.2 稳压二极管的辐照效应
6.2.1 实验
6.2.2 结果与讨论
6.3 电源电路的辐照效应
6.3.1 实验
6.3.2 结果与讨论
6.4 小结
第七章 结论
参考文献
致谢
作者简介
【参考文献】：
期刊论文
[1]双极晶体管ELDRS实验及数值模拟[J]. 刘敏波,陈伟,何宝平,黄绍艳,姚志斌,盛江坤,肖志刚,王祖军. 微电子学. 2015(02)
[2]基于低频噪声的薄膜电阻器可靠性表征方法[J]. 吴勇,马中发,杜磊,何亮. 电子科技. 2014(12)
[3]双极电压比较器低剂量率辐照损伤增强效应的变温辐照加速评估方法[J]. 马武英,陆妩,郭旗,吴雪,孙静,邓伟,王信,吴正新. 原子能科学技术. 2014(11)
[4]Quantum percolation tunneling current 1/fγ noise model for high-κ gate stacks Bi-layer breakdown[J]. LIU YuAn,ZHANG YiQi,LI Cong. Science China（Physics,Mechanics ＆ Astronomy）. 2014(09)
[5]栅控横向PNP双极晶体管基极电流峰值展宽效应及电荷分离研究[J]. 马武英,王志宽,陆妩,席善斌,郭旗,何承发,王信,刘默寒,姜柯. 物理学报. 2014(11)
[6]变温恒剂量率辐照加速评估方法在双极线性稳压器LM317上的应用[J]. 邓伟,陆妩,郭旗,何承发,吴雪,王信,张晋新,张孝富,郑齐文,马武英. 原子能科学技术. 2014(04)
[7]双极集成电路低剂量率辐射损伤增强效应的高温辐照加速实验[J]. 刘敏波,陈伟,姚志斌,黄绍艳,何宝平,盛江坤,肖志刚,王祖军. 强激光与粒子束. 2014(03)
[8]A unified drain current 1/f noise model for GaN-based high electron mobility transistors[J]. 刘宇安,庄奕琪,马晓华,杜鸣,包军林,李聪. Chinese Physics B. 2014(02)
[9]双极电压比较器电离辐射损伤及剂量率效应分析[J]. 马武英,陆妩,郭旗,何承发,吴雪,王信,丛忠超,汪波,玛丽娅. 物理学报. 2014(02)
[10]双极型器件的总剂量辐射效应与损伤机理[J]. 张婷,刘远,李斌,恩云飞,何玉娟,杨元政. 核电子学与探测技术. 2013(12)
博士论文
[1]噪声用于半导体大功率激光器及双极晶体管可靠性研究[D]. 石英学.吉林大学 2006
硕士论文
[1]线性集成稳压器抗辐照性能测试与分析[D]. 孙江超.北京工业大学 2013
[2]半导体器件低剂量率辐照效应及表征方法研究[D]. 胡博.西安电子科技大学 2011
[3]基准二极管低频噪声测试系统设计及其可靠性筛选方法研究[D]. 张苑.吉林大学 2009
本文编号：3657893
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