-200V P沟道功率MOS单粒子加固设计与实现

发布时间：2017-09-14 18:35

  本文关键词：-200V P沟道功率MOS单粒子加固设计与实现

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【摘要】：当前,随着我国航天器事业的快速发展,航天用户对星用、船用电源系统中的功率MOS晶体管需求量逐年增加。在航天环境下长期使用的功率MOS晶体管需要承受空间辐射环境的影响,在宇宙空间环境中辐射来源主要包括:来自地球的范艾伦辐射带、来自银河系统及河外星系的宇宙射线、来自太阳的宇宙射线等。宇宙空间的射线中包含的粒子撞击到航天器后会引起航天中元器件的等离子体充放电效应、稳态总剂量效应、单粒子效应等,这些空间辐射效应对航天器的工作有着严重的危害。P沟道功率MOS晶体管在使用过程中(尤其是桥式电路)因为栅极驱动设计比使用N沟道器件的驱动更简单,所以被大量应用于单电源应用或桥式电路等场合;空间带电粒子造成的单粒子效应一旦发生,轻则造成功率器件的功耗增大、使用寿命减短,严重情况还可以造成器件的烧毁,进而引起航天器电源系统的剧烈振荡甚至于导致整机电力供应的中断或主电源的烧毁。本论文以空间应用环境下的功率MOS晶体管为研究对象,在深入分析现有的空间辐射加固理论的基础上,对-200V P沟道功率MOS晶体管的单粒子栅穿(SEGR)和单粒子烧毁(SEB)的加固设计与加工工艺实现进行了详尽的讨论和研究。主要内容包括如下3个方面:1.研究单粒子烧毁的加固办法,提出了一种可以有效降低P沟道功率MOS晶体管寄生三极管单粒子烧毁敏感度的源极结构。该结构通过减小寄生三极管的基极串联电阻和发射效率等措施,防止寄生三极管在重粒子注入器件后误开启,从而确保在器件承受耐压时空间单粒子不会使器件发生烧毁。2.研究单粒子栅穿(SEGR)的加固办法,提出了一种经过优化的复合材料的栅介质,即先在硅表面热氧化生长一层二氧化硅、再其上再淀积一层氮化硅;充分利用两种材料不同介电特性,不但确保了器件的阈值电压,而且提高了栅介质的绝缘强度,即确保器件的栅极在单粒子注入后栅极对功率MOS管仍然可控、保证器件功能有效。3.通过工艺流片、封装测试、筛选等,准备好5只样品在兰州近代物理所利用回旋加速器中的铋粒子进行单粒子摸底试验,通过对试验结果的分析,优化设计及工艺条件,最终产品的单粒子安全区达到了航天器件应用标准。
【关键词】：功率MOS 单粒子效应 单粒子栅穿 单粒子烧毁
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V442;TN386
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 功率MOS晶体管的发展10-14
• 1.2 宇宙环境及其对器件的影响14-16
• 1.3 空间单粒子效应16
• 1.4 单粒子效应的研究现状16-18
• 1.4.1 国外研究现状16-17
• 1.4.2 国内研究现状17-18
• 1.5 单粒子加固器件的商业化现状18-19
• 1.6 本文主要工作19-21
• 1.7 本论文的结构安排21-22
• 第二章 功率MOS晶体管的特性及单粒子效应机理22-39
• 2.1 功率MOS晶体管的静态特性分析22-32
• 2.1.1 击穿电压V_(BR)22-26
• 2.1.2 导通电阻26-29
• 2.1.3 阈值电压29-32
• 2.2 功率MOS晶体管动态特性分析32-35
• 2.3 P沟道功率MOS晶体管单粒子效应机理研究35-37
• 2.3.1 单粒子烧毁机理的研究35-36
• 2.3.2 单粒子栅穿机理的研究36-37
• 2.4 P沟道功率MOS总剂量效应机理的研究37-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第三章 -200V P沟道功率MOS单粒子加固设计与实现39-55
• 3.1 -200V P沟道功率MOS元胞和终端初步设计39-43
• 3.1.1 元胞及终端的纵向结构设计39-40
• 3.1.2 元胞的结构参数初步设计40-42
• 3.1.3 终端的结构参数的初步设计42-43
• 3.2 单粒子烧毁和单粒子栅穿的加固设计43-50
• 3.2.1 单粒子烧毁的加固优化设计及仿真43-45
• 3.2.2 单粒子栅穿的加固设计及仿真45-48
• 3.2.3 稳态总剂量的加固设计及仿真48-49
• 3.2.4 产品版图设计49-50
• 3.3 单粒子加固工艺设计50-52
• 3.4 封装工艺及筛选设计52-54
• 3.4.1 封装工艺52-54
• 3.4.2 筛选设计54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 单粒子加固设计的摸底试验及分析55-70
• 4.1 单粒子摸底试验方法及步骤55-57
• 4.1.1 单粒子试验方法55-56
• 4.1.2 单粒子试验步骤56-57
• 4.2 单粒子效应试验设备的具体情况57-61
• 4.2.1 单粒子效应的试验设备方式57-60
• 4.2.2 兰州近代物理所试验设备介绍60-61
• 4.3 单粒子加固设计的摸底及分析61-67
• 4.3.1 试验样品准备61-63
• 4.3.2 单粒子试验束流及步骤63-64
• 4.3.3 单粒子试验结果64-65
• 4.3.4 单粒子试验结果分析及改进65-67
• 4.4 总剂量加固设计的摸底及分析67-69
• 4.4.1 辐照源及试验方案67-68
• 4.4.2 总剂量试验结果68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 结论及展望70-72
• 5.1 本文的主要贡献70
• 5.2 下一步工作的展望70-72
• 致谢72-73
• 参考文献73-78

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1 姜伟;基于P沟道存储单元的高可靠性闪存设计[D];苏州大学;2016年

2 刘文辉;-200V P沟道功率MOS单粒子加固设计与实现[D];电子科技大学;2016年

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本文编号：851649