【摘 要】
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VDMOS（Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor）是功率器件重要的组成部分,也是构成电源开关、DC-DC变换器的核心器件。宇宙空间环境中存在的多种宇宙射线和高能粒子,给飞行器中的VDMOS带来了巨大的失效风险,因此,对VDMOS的抗辐照加固设计具有重要意义。本文主要内容如下:1、首先介绍了VDMOS的三种结构,即平面结构、沟槽结构和超
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VDMOS（Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor）是功率器件重要的组成部分,也是构成电源开关、DC-DC变换器的核心器件。宇宙空间环境中存在的多种宇宙射线和高能粒子,给飞行器中的VDMOS带来了巨大的失效风险,因此,对VDMOS的抗辐照加固设计具有重要意义。本文主要内容如下:1、首先介绍了VDMOS的三种结构,即平面结构、沟槽结构和超结结构,然后对其主要的电参数、终端设计和辐照效应进行了分析,并重点介绍了单粒子栅穿（Single Event Gate Rupture,SEGR）和单粒子烧毁（Single Event Burnout,SEB）的原理。对三类抗辐照加固措施进行了介绍,即:屏蔽技术,器件表面淀积厚膜降低重离子入射能量;复合技术,在器件中增加复合中心,提高重离子入射后产生的电子空穴对的复合率;增强技术,通过工艺和设计手段增加器件栅介质的强度,抑制寄生三极管的放大效应。2、其次进行了一款100V抗辐照VDMOS的设计,首先介绍采用的工艺流程和其中的关键工艺模块;然后对其主要的电参数、元胞和终端结构进行仿真确认;最后建立了一种半边VDMOS的单粒子辐照仿真模型,在基准结构单粒子触发阈值只有50V的情况下,对影响单粒子触发阈值的关键注入、过渡区外延和栅介质结构进行了仿真对比,依次确认了上述措施对单粒子触发阈值的提高效果,并确定了最优化方案。3、基于仿真设计结果,进行VDMOS版图设计。完成工艺流片后,进行圆片测试、封装测试和可靠性筛选。采用硅中射程为83.3μm、能量为1400.8Me V、LET值为81.35Me V.cm ~2/mg的Ta粒子,对加固前后的样品进行了辐照验证,结果显示,经过优选方案加固设计的样品,其单粒子触发阈值从原来的50V提高到100V,表明本文所使用的加固措施具有明显的效果。在研究过程中,作者验证了LOCOS介质,厚氧介质这些已报道出的单粒子加固措施的效果,发现上述加固措施在实际测试中出现了与理论分析相反的现象。通过仿真对上述现象进行了研究,得出了厚栅氧台阶电场集中会导致器件抗单粒子能力比常规栅氧结构差的结论。同时,在不改变栅介质成分和厚度的前提下,通过采用双阱注入,改善了JFET区结的形貌,实现了电场的优化设计。
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