功率MOSFET单粒子效应及辐射加固研究

发布时间：2017-12-24 03:27

  本文关键词：功率MOSFET单粒子效应及辐射加固研究　出处：《哈尔滨工程大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 功率MOSFET 单粒子烧毁(SEB) 单粒子栅穿(SEGR) 辐射加固 器件终端 载流子寿命控制

【摘要】：随着航空航天工程的不断发展,空间仪器需要在辐射环境中大量应用。空间辐射环境含有各种高能带电粒子,高能带电粒子与电子器件相互作用可能引发单粒子效应(SEE),单粒子效应主要包括单粒子烧毁(SEB)和单粒子栅穿(SEGR)两种,可导致空间仪器电源烧毁,严重威胁卫星、航天器的在轨寿命。面临国外核心技术封锁和对抗辐射元器件禁售的现状,研究功率MOSFET单粒子效应和开发高性能抗辐射加固功率MOSFET器件成为亟待解决的问题。本文主要研究了功率MOSFET单粒子效应和抗辐射加固两方面问题。针对目前槽栅UMOSFET单粒子效应研究的不足,本文对SEB和SEGR效应的触发机理、敏感区域、触发条件和性能表征进行了整体研究。目前,常规加固技术在提高功率MOSFET抗SEB性能的同时降低了基本电学特性。针对该问题本文提出了 SD-UMOSFET和ACCUFET两种新型槽栅UMOSFET抗SEB加固结构,并提出对FFR终端结构的SEB特性进行了研究,以期达到在不牺牲器件正向工作特性的条件下改善抗SEB性能的目的。为了弥补传统载流子寿命控制方法的不足,本文提出了局部载流子寿命控制方法,证明该方法在同一加固效果情况下可以降低漏电流密度。基于单粒子效应理论模型的建立及仿真实验数据的分析,本文主要工作内容概括如下:首先,提出了新型槽栅UMOSFET(SGE-UMOSFET)的SEB和SEGR效应研究。文中给出了该器件对SEB和SEGR最敏感的水平入射位置及SEB和SEGR最敏感区域,并发现了触发SEB和SEGR最容易和最有效的方法。证明与普通槽栅UMOSFET相比,SGE-UMOSFET具有更强的抗单粒子效应性能。与传统VDMOSFET相比较,槽栅UMOSFET在相同偏压条件下具有更小的栓锁电流密度,寄生BJT更不容易导通,具有更好的抗SEB性能;同时为了保证槽栅UMOSFET的SEGR性能,需要更高质量的栅氧介质。其次,提出了 SD-UMOSFET和ACCUFET两种新型槽栅UMOSFET结构。研究分析了两种新结构的SEB最敏感水平入射位置和抗SEB加固原理,同时得到了缓冲层最优浓度获取方法。通过对两种器件普通及加固结构的SEB性能研究,证明与P+源区扩展型UMOSFET抗SEB加固结构相比,所提出的两种结构可以在不影响正向饱和电流情况下提高抗SEB性能。研究表明,经过缓冲层优化的SD-UMOSFET和ACCUFET器件可实现在整个工作电压范围内对SEB免疫。再次,提出了 FFR终端结构的SEB特性研究,讨论了该结构的SEB最敏感水平入射位置和终端的SEB触发机理,给出了 SEB触发点和SEB失效原因。给出了终端缓冲层结构的抗SEB加固机理,并对FFR终端加固结构的SEB性能进行了表征,证明加固结构的SOA随缓冲层厚度增加逐渐达到饱和,本文经过经过缓冲层优化的SOA值可达击穿电压的90.0%以上。最后,本文提出了局部载流子寿命控制方法。研究给出了局部载流子寿命控制区域和加固机理,并对不同载流子寿命控制条件下的SEB性能进行了表征。与传统载流子寿命控制方法相比,所提出的方法在同一加固效果情况下,具有更低的漏电流密度。同时该方法与缓冲层技术相比,可以避免导通电阻的增加,而不会对器件的正向工作特性产生任何影响。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN386

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