硅基功率VDMOS器件辐射损伤研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hz_0752
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功率VDMOS器件凭借着承受电压高、承受电流大、开关速度快和频率特性稳定等众多优点被广泛应用于航天电子设备中,但宇宙空间中的带电粒子会对器件的正常工作产生严重的干扰。为了研究辐射损伤对VDMOS器件电学性能的影响,本论文对三种功率VDMOS器件进行了不同剂量率γ射线辐照实验、30Me V硅离子辐照实验以及环境温度300K和80K下的1Me V高能电子辐照实验,分别研究了VDMOS器件的剂量率效应、电离与位移效应的对比以及温度与辐射协和效应。本论文使用中带电压法从转移特性曲线中分离提取了VDMOS器件中阈值电压、氧化物陷阱电荷和界面态陷阱电荷的变化趋势。此外,还对部分器件进行了深能级瞬态谱测试以及结合仿真验证了部分结论。研究结果表明:VDMOS器件在低剂量率γ射线辐照后产生的辐射损伤更严重,器件的阈值电压漂移量更大。低剂量率γ射线辐照与高剂量率γ辐照相比,器件氧化层内辐照产生的电子-空穴对未复合的比例更大,使得氧化物陷阱电荷的密度更大;低剂量率辐照耗时很久,界面态陷阱有充足的时间去建立,达到饱和时总吸收剂量更低。30Me V硅离子辐照会在VDMOS器件内造成电离损伤和位移损伤。位移损伤主要为硅体内的体陷阱,其对载流子的俘获以及散射使得器件的饱和漏电流降低、泄漏电流增大。电离损伤基本为氧化物陷阱电荷,这使得VDMOS器件的阈值电压向负向漂移。VDMOS器件进行1Me V高能电子辐照后,器件内主要产生电离辐射损伤,器件的阈值电压向负向漂移,饱和漏电流降低。辐照生成的氧化物陷阱电荷多于界面态陷阱电荷。低温80K辐照时,辐射损伤表现为氧化物陷阱电荷的大量建立,界面态陷阱电荷基本没有形成。器件阈值电压的负向漂移很严重,泄漏电流过高。剂量率效应、电离损伤和位移损伤的对比以及温度与辐射协和效应研究,可对VDMOS器件内不同辐射损伤的产生机制进行探究,同时研究了器件在不同辐射环境下的可靠性,对未来改进抗辐射器件的制造工艺与结构设计有很重要的意义。
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