SiC功率VMOSFET的辐射效应研究

来源 :湘潭大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:rr2009
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碳化硅(SiC)材料是禁带宽度为3.2 e V的半导体材料,SiC基器件凭借着其材料所带来的优秀性能,能突破硅基器件性能极限,因此在大功率、高频、高温电子器件领域具有竞争力。SiC垂直金属-氧化物半导体场效应晶体管(VMOSFETs)器件可以利用成熟的硅基MOSFETs器件研发工艺,可以节约SiC VMOSFETs器件的研发成本。理论上SiC材料制成的器件具有能够在辐射环境中稳定工作的性能,使得SiC器件在航天、军事、核等强辐射领域应用备受期待。但实际上在航天设备应用中的SiC VMOSFETs器件仍面临着在强辐射环境下可靠性的考验。因此,研究SiC VMOSFETs器件的辐射效应,揭示SiC VMOSFETs器件的辐射损伤机理,具有重要的研究意义。本文以商用SiC VMOSFETs器件作为研究对象,开展了高能质子、中子、γ射线和重离子辐射实验研究,本文主要的实验内容和结果如下:(1)依托60-Me V质子、100-Me V质子和重离子辐照源,开展了质子和重离子诱导SiC VMOSFETs单粒子烧毁实验。通过在线测试、光学显微镜、微光显微镜、扫描电子显微镜和聚焦离子束技术等表征手段,对比研究了质子和重离子单粒子烧毁的区别。实验结果显示,重离子诱导单粒子烧毁前,器件出现漏极电流缓慢上升的现象,而质子诱导单粒子烧毁前并未出现这种现象。这主要是质子和重离子的线性能量传递差异导致的,重离子诱导单粒子烧毁机理主要是冲击电离,质子诱导单粒子烧毁机理是间接电离。质子辐照导致的单粒子烧毁和重离子导致的单粒子烧毁敏感区一致,都是在器件的有源区。(2)依托60Co辐照源,开展了SiC VMOSFETs器件的总剂量辐射实验,对不同剂量γ射线辐射前后的器件进行了电学性能和低频噪声(LFN)测试。实验结果表明,辐照剂量累计到6 Mrad(Si),器件性能稍有下降,但仍能正常使用。(3)依托14-Me V中子辐照源,开展了不同状态下SiC VMOSFETs器件的位移损伤实验,对辐射前后器件进行了电学性能、LFN和深能级瞬态谱测试。实验结果表明,辐照后接地状态器件饱和漏电流等性能下降,主要原因是辐照导致碳空位缺陷增加使得载流子浓度和迁移率下降。加压器件在电压和中子的协同效应下,器件载流子浓度、迁移率以及寿命的降低导致位移损伤加剧,其中因为载流子俘获截面变大导致的载流子寿命大幅降低是主要原因。
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