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低温半导体技术在航空航天领域中有重要地位,航空航天飞行器在低温环境下良好稳定的工作状态成为现今重点的研究课题和发展方向,这就是本课题的研究意义。低温微电子技术发展十分迅速,越来越多的研究证明低温工作条件是器件电路最佳工作状态,在低温下突破了常温的某些限制,器件电流性能得到极大改善。本文是基于国家航空基金项目进行的分立器件低温特性研究,重点分析解释功率VDMOS器件和双极型晶体管器件在低温下不同于常温的特性,通过实验与仿真相结合的方式得到低温结论并验证结论,实验通过Votsch低温试验箱进行降温,利用STI半导体测试系统在线测量分立器件低温数据,同时通过ISE软件仿真验证实验结果,达到清晰完整的目的。功率VDMOS器件具有独特的垂直双扩散结构,这样的结构可以加大其通过大电流的能力,提高芯片表面利用率和散热效率,为大功率器件提供保障。在低温条件下,分立器件参数漂移最主要的影响因素是载流子迁移率的显著提高。150K(4120.71cm2/V·s)时积累层电子迁移率约为300K(1108.74cm2/V·s)时的3.7倍,150K(4794.74 cm2/V·s)时体电子迁移率约为300K(1205.92cm2/V·s)时的4倍,150K(2538.49 cm2/V·s)时反型层电子迁移率约为300K(856.92cm2/V·s)时的3倍,迁移率急剧增大是由于温度降低晶格震动减弱,晶格散射对载流子减速作用减弱,载流子可以得到更大的加速和能量,迁移率显著提高。在温度降低的过程中,VDMOS阈值电压从3.005V(300K)正向漂移到3.528V(200K),这是阈值电压受本征载流子浓度降低影响的结果;击穿电压从107.9V(300K)减小到97.85V(200K),这也是由于晶格震动减弱,载流子平均自由程增加而使其能量增大,导致雪崩碰撞更容易发生而击穿电压降低;导通电阻从0.0344Ω(300K)减小到0.0176Ω(200K),跨导从27.1S(300K)增大到42.7S(200K),这些都是受低温迁移率增大影响的结果,同时跨导的增大也可以显著提高分立器件的频率特性;功率VDMOS器件重要参数饱和漏电流从80.95A(300K)增大到87.36A(200K),这也与迁移率的变化以及导热导电性能变好有关。这些分立器件电学参数低温下漂移对器件性能影响显著,在低温实际应用中应仔细分析。双极型晶体管同样是重要的分立器件,在温度降低过程中,参数漂移更加明显。由于发射区重掺杂引起的禁带变窄效应使电流增益FEh具有强烈的正温度系数,温度下降电流增益降低明显,从117(300K)急剧减小到56.71(200K),降低超过50%;在低温200K下,双极型晶体管击穿电压也会有一定下降,这也是晶格震动减弱载流子能量增大造成的。本文通过实验和仿真相结合对功率VDMOS器件和双极型器件常温和低温特性进行对比分析,对今后进行分立器件实验和仿真有一定指导作用,对低温半导体技术发展有一定现实意义。