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功率VDMOSFET广泛用于卫星、航天器开关电源。在空间应用中由于单粒子效应引起的VDMOSFET器件烧毁或性能劣化可能导致卫星电源系统失效,因此,空间用VDMOSFET的一个重要参数指标就是单粒子可靠性。为了设计出具有高抗辐照能力的VDMOSFET,对器件的单粒子效应进行研究具有重要意义。本课题针对200V空间用VDMOSFET的设计,在单粒子效应方面进行仿真研究,具体内容和结果如下: 1.辐照诱发寄生BJT导通,是造成VDMOSFET单粒子烧毁(Single EventBurnout-SEB)的直接因素。本文首先仿真了降低寄生BJT发射极效率对抗单粒子效应的影响,结果表明对常规的VDMOSFET结构,提高p阱掺杂浓度和深度、降低n+源掺杂浓度,可改善VDMOSFET抗SEB的能力,但改善程度有限。 2.器件发生SEB的根本原因是N-N++结处的雪崩倍增造成的二次击穿是一个正反馈过程,改善高低结处电场分布,是提高二次击穿电压、改善抗单粒子效应的根本所在。为此本文系统仿真了不同缓冲层厚度与浓度组合对器件二次击穿电压的影响,在此基础上提出线性缓冲层结构,结果显示线性缓冲层可以在抗单粒子烧毁与导通特性之间达到更好折中。 3.对单粒子栅穿(SEGR),重点仿真了元胞间距和缓冲层结构对Si-SiO2界面附近峰值电场的影响。结果表明当元胞间距为从5μm降到2μm时,界面峰值电场可降低22.7%,但导通压降增大185%。但如果保持元胞间距5μm不变,引入20μm缓冲层结构,可使栅附近最大电场降低80%,而导通压降只增加26%。 4.在上述仿真基础上,重新设计了抗辐照MOSFET结构,新结构采用10μm线性缓冲层和2μm元胞间距。为了改善导通特性,引入了JFET注入,并仿真了不同JFET浓度的影响。结果表明器件发生SEB的阈值电压达到240V;而SEGR阈值电压提高了58%,加固结构在保证器件的基本特性的同时抗SEGR与SEB均得到改善。