功率VDMOS器件是航天器電源系統(tǒng)配套的核心元器件之一,在重粒子輻射下會發(fā)生單粒子燒毀（SEB）和單粒子柵穿（SEGR）效應,嚴重影響航天器的在軌安全運行。本文在深入分析其單粒子損傷機制及微觀過程的基礎上,發(fā)現(xiàn)了功率VDMOS器件在重粒子輻射下存在SEBIGR效應,并在TCAD軟件和¹⁸¹Ta粒子輻射試驗中進行了驗證。引起該效應的物理機制是,重粒子觸發(fā)寄生三極管,產(chǎn)生瞬時大電流,使得硅晶格溫度升高,高溫引起柵介質(zhì)層本征擊穿電壓降低,繼而觸發(fā)SEGR效應。SEBIGR效應的發(fā)現(xiàn)為深入分析功率MOSFET器件的單粒子輻射效應奠定了理論基礎。 

【文章來源】：微電子學. 2020年03期 北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

平面型功率VDMOS的器件結構剖面圖

當重粒子沿圖2中經(jīng)跡A垂直入射時,仿真得到如圖3所示的器件漏源電流(Ids)、柵源電流(Igs)隨重粒子入射時間(t)的關系曲線。當漏源偏置電壓為60 V和70 V時,Ids和Igs在重粒子入射的5 ns時間內(nèi)存在變大現(xiàn)象,而后恢復正常,即沒有發(fā)生SEB效應;當漏源偏置電壓為80 V時,Ids和Igs在3.7 ns時出現(xiàn)劇烈擾動,持續(xù)約0.7 ns后,器件完全被燒毀。圖3 器件漏源和柵源電流與入射時間的關系曲線

圖2 功率VDMOS器件半元胞的剖面結構圖圖4所示為柵介質(zhì)層附近(溝道區(qū))晶格溫度(T)與重粒子入射時間的關系曲線。當重粒子入射時間t=3.7 ns時,T在稍微降低后又出現(xiàn)急劇上升,且超過1 450 K。由此從側面證明:重粒子入射后Ids在t=1.3 ns時達到峰值(0.27 A),而后下降,在下降的2 ns時間內(nèi),T繼續(xù)升高,由1 200 K上升到約1 370 K,從而使得柵介質(zhì)層本征擊穿電壓降低,發(fā)生SEGR效應,最終在SEB和SEGR的綜合作用下使得器件完全失效。由此可見,當重粒子沿器件的源區(qū)垂直入射時,發(fā)生了一種不同于SEB和SEGR效應的新效應,即SEBIGR效應。SEBIGR效應與SEB效應相比,不僅有瞬時大電流產(chǎn)生的晶格熱的作用機制,還有附加柵介質(zhì)層被擊穿后電流產(chǎn)生的附加晶格熱的貢獻。與SEGR效應相比,SEBIGR效應沒有柵介質(zhì)層兩端增加的附加電場的作用。

【參考文獻】：
期刊論文
[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技術研究進展[J]. 唐昭煥,楊發(fā)順,馬奎,譚開洲,傅興華.  微電子學. 2017(03)

博士論文
[1]單粒子輻射加固功率MOSFET器件新結構及模型研究[D]. 唐昭煥.貴州大學 2019



本文編號：2940019