SiC MOSFET总剂量效应对单粒子效应影响机制研究

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SiC MOSFET功率器件在航天领域有良好的应用前景,然而该类器件在轨服役时,既会发生单粒子效应(Single Event Effect,SEE),又会发生总剂量效应(Total Ionizing Dose effects,TID)。因此,研究总剂量效应对单粒子效应的影响机制具有重要的工程意义和学术价值。本文以SiC MOSFET器件为对象,通过工艺和器件仿真软件和蒙特卡洛仿真软件对器件辐射效应进行数值模拟,揭示了器件总剂量效应对单粒子效应的影响规律。基于60Co-γ射线和重离子辐照试验,并结合仿真结果,验证总剂量效应对单粒子效应的影响机制,明确了单粒子效应的主要影响因素,提出了SiC MOSFET抗单粒子效应的加固策略。通过数值仿真与试验对比分析发现,与未经电离辐照的器件相比,经电离辐照的器件发生单粒子烧毁的阈值电压明显降低,这说明电离辐照辐照诱导氧化层中产生的氧化物电荷促进了单粒子烧毁的发生,经电离辐照的器件,受到重离子辐照后,器件温度会更容易达到SiC的熔点。通过研究单粒子烧毁的敏感区域发现,与其他粒子入射位置相比,粒子从沟道位置入射易导致器件发生单粒子烧毁。研究外延层厚度和栅源结掺杂浓度对SiC MOSFET器件抗单粒子烧毁能力的影响表明,增加外延层厚度和增加栅源结掺杂浓度均能够有效抑制单粒子烧毁的发生。增加栅源结掺杂浓度的加固方法对器件常规电性能无明显影响,然而,增加外延层厚度的加固方法会影响器件的常规电性能。研究SiC MOSFET中氧化物电荷对单粒子栅穿的影响表明,经电离辐照后器件内部产生的氧化物电荷会使单粒子栅穿的氧化物层电场升高,导致器件氧化物层局部受到损伤,进而促进单粒子栅穿的发生。通过研究不同粒子入射位置对器件发生栅穿的影响规律发现,与其他入射位置相比,从远离源极位置入射时会更容易导致器件发生单粒子栅穿。研究增加氧化层厚度对SiC MOSFET器件抗单粒子栅穿能力的影响表明,增加氧化层厚度能够有效降栅氧电场强度。
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