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与同质结双极型晶体管相比,异质结双极型晶体管具有更为优越的频率特性。在众多HBT材料体系中,InP/InGaAs材料具有较大的禁带宽度、较高的饱和电子漂移速度以及良好的热导性、低噪声等优良特性,由其制备的HBT器件在商业用途和军用卫星的高性能电子通讯系统中有很大的应用前景。人造卫星在轨飞行过程中,会受到各种高能带电粒子的辐射,这些辐射对电子器件的性能有着强烈的影响,导致器件异常或失灵。为了更好地预估器件在空间环境中的运行情况,我们很有必要研究器件在辐射环境中的退化机制。质子是空间辐照环境中主要的辐射粒子,本文仅讨论质子辐照对InP/InGaAs HBTs器件的电学特性的影响。本文主要是从理论和实验两个方面,对InP/InGaAs异质PN结和InP/InGaAs HBTs两种器件的辐照效应进行了系统的研究。通过建立InP/InGaAs HBTs器件三维数值仿真模型,从理论上指导器件辐照实验,包括辐照剂量和能量等实验参数的确定。对辐照前后器件交直流参数进行测试分析,结合仿真软件,确定出辐照损伤机制和损伤区域,为开展器件的抗辐射加固奠定理论基础。主要研究工作和研究结果如下:1.基于SRIM仿真很好地解释了不同质子辐照条件下对InP、InGaAs材料和InP/InGaAs异质结产生的影响。不同条件就是相同能量条件下,剂量不同;相同剂量条件下,能量不同。不同剂量的仿真相当于一个剂量累积的过程,随着质子辐照剂量的增加,质子辐照引起的空位浓度逐渐增加,然而空位类型不会发生变化;不同能量的损伤机理却不同,用非电离能量损失(NIEL)的理论进行解释。非电离能量损失(NIEL)随着入射质子能量的增加而变小,从而造成了更少的空位密度,这很好地解释了低能量的质子比高能量的质子引起的退化更严重。入射质子能量越大,其速度就越快,与靶材的相互作用截面越小,造成的损伤越小。2.器件模型是连接电路设计和器件工艺的桥梁,一个准确的器件模型不仅能够反应器件的真实工作情况,还能预测器件在非正常环境下,比如辐照,可能发生的故障。通过建立InP/InGaAs HBTs器件三维数值仿真模型,从理论上指导器件辐照实验,包括辐照剂量和能量等实验参数的确定。首先建立InP/InGaAs HBTs器件数值仿真模型,正确描述器件的速度过冲以及弹道输运效应;然后对质子辐照引起的位移效应进行模拟,研究不同辐照条件对InP/InGaAs HBTs器件的直流特性和交流特性等器件特性的影响,为辐照实验的开展提供理论支持。为了简化模型,只将简单的空位加入Sentaurus陷阱模型中。3.开展了 InP/InGaAs异质PN结和HBTs器件的质子辐照效应实验研究。采用不同能量和剂量的质子辐照,对辐照前后PN结I-V和C-V特性以及HBTs器件的直流、交流特性进行详细地测试和分析。测试结果显示:在相同的质子辐照能量条件下,异质PN结界面处的界面态密度以及HBTs器件的电流增益和截止频率的衰退随着质子辐照剂量的增加而变大;相同的质子辐照剂量条件下,低能量的质子辐照会造成更大的界面态密度以及更为严重的器件电流增益和截止频率的衰减。4.结合Sentaurus器件仿真软件和计算模型,讨论了 InP/InGaAsDHBTs器件的质子辐照退化机制。仿真结果和实验结果吻合的很好,器件参数随质子注量的退化趋势与实验结果相一致。在相同的质子能量条件下,随着质子剂量的增加,器件增益与截止频率退化逐渐增加;在相同的质子剂量条件下,3MeV能量的质子比10MeV的质子造成更大的损伤,因为它在器件有源区淀积的能量更多。增益退化表现为集电极电流变化不大,基极电流增大较明显,其原因是质子辐照引入的复合中心导致BE结空间电荷区及表面复合电流增加;特征频率下降是由于由于质子辐照引起电容、集电极电阻增大以及载流子的迁移率下降。归根结底,器件特性退化还是因为质子辐照在半导体器件内部产生了位移损伤。