SiC MOSFET低温总剂量效应及仿真分析

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SiC作为备受关注的第三代半导体材料,因其自身宽禁带、高热导率、高临界击穿场强、高载流子饱和速度、低相对介电常数等优势,在高压、高频、大功率、大电流器件领域都占据重要地位,在航天器在轨运行与深空探测领域都具有巨大的发展潜力,引起了国内外学者的广泛关注。因此深入分析研究SiC MOSFET在深空环境中典型空间环境因素影响下的性能演变规律具有十分重要的意义。本文以商用1200V SiC MOSFET为研究对象,揭示其在不同温度与栅压条件下的辐照损伤机制,并结合TCAD仿真软件进行建模分析,基于SiC MOSFET输出、转移、击穿等典型电学性能变化规律,通过分析其内部缺陷来推断低温与辐照环境对器件的损伤机理,建立基于缺陷演化规律的SiC MOSFET低温及总剂量辐照损伤效应模型。研究了室温不同偏置条件下SiC MOSFET在辐照前后电学性能的变化,表明辐照环境会对器件内部氧化物电荷产生影响,这种影响还会受到不同栅压偏置的干扰。根据电荷泵法与C-V特性曲线深入揭示了器件内部界面态密度与氧化物有效电荷量的变化规律,并通过TCAD建立室温辐照损伤模型,进一步证明了试验结论。研究了低温环境对SiC MOSFET的电学性能与缺陷演化的影响,并选取了40K、100K、200K、300K四个温度点对SiC MOSFET进行总剂量辐照效应研究。研究表明低温环境主要通过影响SiC MOSFET内部的界面态密度,改变界面态陷阱电荷量来影响器件的性能变化规律;而低温及辐照协同作用下的性能演化规律与损伤机制也与界面态陷阱以及氧化物陷阱电荷有关。通过对SiC MOSFET电荷泵与C-V特性曲线的分析可知,界面态密度受低温影响较大,氧化物有效电荷则对辐照效应更敏感。在TCAD软件中建立的低温及辐照损伤模型则进一步揭示了低温与辐照环境对沟道载流子的影响规律。
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