【摘要】：功率半導(dǎo)體器件在輻射環(huán)境中會(huì)發(fā)生性能退化或者破壞性失效,這對(duì)使用這些器件的設(shè)備甚至整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)造成威脅。功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件為目前使用最為廣泛的功率半導(dǎo)體器件類型,其又包括了功率金屬半導(dǎo)體氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,簡(jiǎn)稱MOSFET)和氮化鎵高電子遷移率晶體管(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor,簡(jiǎn)稱GaN HEMT)等多種器件結(jié)構(gòu)。輻射環(huán)境中的粒子在不同的器件中會(huì)造成不同的輻射效應(yīng),在功率半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件中,比較重要的輻射效應(yīng)包括:功率MOSFET器件中的總劑量效應(yīng)、單粒子效應(yīng),氮化鎵HEMT中的質(zhì)子輻射效應(yīng)等。本文綜合利用實(shí)驗(yàn)、仿真、建模等多種手段對(duì)這些輻射效應(yīng)展開了研究。對(duì)于功率MOSFET中的VDMOS結(jié)構(gòu),主要針對(duì)其總劑量效應(yīng)和單粒子燒毀效應(yīng)進(jìn)行了加固方法的研究。經(jīng)過器件仿真、版圖設(shè)計(jì)、流片等環(huán)節(jié),本文開發(fā)了一款具備一定抗總劑量能力的VDMOS原型器件,并進(jìn)行了總劑量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該器件具有200 krad(Si)以上的抗總劑量能力。針對(duì)VDMOS中的單粒子燒毀效應(yīng),提出了同時(shí)提高溝道摻雜和使用高k材料作為柵介質(zhì)的抗單粒子燒毀加固方法,并利用經(jīng)過實(shí)驗(yàn)校準(zhǔn)過的仿真工具驗(yàn)證了該方法的有效性。對(duì)于槽柵型MOSFET中的單粒子微劑量效應(yīng),建立粒子在氧化層中沉積電荷的模型,并利用該模型結(jié)合Sentaurus仿真軟件研究了槽柵型功率MOSFET單粒子微劑量效應(yīng)的敏感參數(shù)。針對(duì)Ga N HEMT中的質(zhì)子輻射效應(yīng),通過對(duì)一款增強(qiáng)型Ga N HEMT的質(zhì)子輻射實(shí)驗(yàn),研究了受質(zhì)子輻射引起的破壞性失效和電性能退化。對(duì)于破壞性失效,分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果后認(rèn)為其主要原因是質(zhì)子輻射引起的柵極漏電流異常增加導(dǎo)致的鋁鎵氮?jiǎng)輭緦訐p壞造成的。而對(duì)于電性能退化,結(jié)合仿真結(jié)果和端子浮空電容測(cè)試,認(rèn)為主要原因?yàn)橘|(zhì)子輻射在鋁鎵氮?jiǎng)輭緦雍蚿型氮化鎵帽層界面處引入了大量深能級(jí)陷阱。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN386

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本文編號(hào)：2579132