【摘 要】
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绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管（SOI-LIGBT）是单片智能功率芯片中的最核心元件,采用SOI衬底可以有效提升器件的抗空间辐照能力,受到了学术界及产业界的高度关注。为了提高SOI-LIGBT器件在辐射环境中的稳定性与可靠性,研究SOI-LIGBT器件的空间辐照效应具有重要意义。本文通过仿真与实验,揭示了SOI-LIGBT抗总剂量辐照和抗单粒子辐照的损伤机理,并通过改进器件结构,优化了器件的抗辐
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绝缘体上硅横向绝缘栅双极型晶体管（SOI-LIGBT）是单片智能功率芯片中的最核心元件,采用SOI衬底可以有效提升器件的抗空间辐照能力,受到了学术界及产业界的高度关注。为了提高SOI-LIGBT器件在辐射环境中的稳定性与可靠性,研究SOI-LIGBT器件的空间辐照效应具有重要意义。本文通过仿真与实验,揭示了SOI-LIGBT抗总剂量辐照和抗单粒子辐照的损伤机理,并通过改进器件结构,优化了器件的抗辐照可靠性与高功率密度之间的折中关系,研制具有高功率密度的抗辐照SOI-LIGBT器件。本文首先通过TCAD仿真研究了SOI-LIGBT器件的单粒子辐照效应,分析了不同辐照条件对器件电学性能的影响以及其在单粒子辐照下的失效机理。研究发现栅极下方沟道区域是器件在单粒子辐照下的敏感区域,且单粒子瞬态电流的脉冲峰值与宽度会随着线性能量传输与集电极电压的增大而增大。由于寄生双极性晶体管的存在,单粒子辐照导致器件闩锁而失效。针对单粒子失效机理,通过减薄顶层硅厚度和改变P型体区结深对器件进行加固设计,最终仿真设计出的SOI-LIGBT器件具有200V（@37Me V?cm~2/mg）的抗单粒子辐照安全工作电压,达到设计指标要求。进一步,本文还结合实验与仿真对600V SOI-LIGBT抗总剂量辐照特性进行了详细研究,揭示了总剂量辐照对器件电学特性及载流子输运的影响。研究发现,在总剂量辐照下,栅氧中积累正电荷,使器件阈值负漂,相同栅压下输出电流随辐照剂量的增长呈上升趋势。同时,在总剂量辐照过程中施加正栅压会加剧阈值电压的退化。在相同过驱动电压下,VCE较小时,集电极电流随着辐照总剂量的增大而增大;VCE较大时,集电极电流随着辐照总剂量的增大而减少。通过优化栅氧生长工艺可以有效抑制总剂量辐照过程中阈值电压的退化。
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