超结MOSFET的辐射效应的仿真与实验分析

作     者：侯蕴哲 

作者单位：电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任敏

授予年度：2017年

学科分类：080903[工学-微电子学与固体电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：超结MOSFET 总剂量辐射 单粒子辐射 

摘      要：超结MOSFET具有VDMOS的输入阻抗高、驱动电流低、开关速度快、热稳定性好、安全工作区宽等优点,同时缓解了击穿电压与导通电阻的矛盾关系。随着航空航天技术和核技术的快速发展,越来越多的电力电子器件应用在各种辐射环境中。辐射使得电力电子器件的性能发生退化,大大降低了可靠性和寿命。目前,功率VDMOS被广泛用于卫星等设备中。超结MOSFET作为一种电学特性较传统VDMOS有极大提升的电力电子器件,当替代传统VDMOS在航空航天领域的应用时,其辐射机制及其抗辐射加固的研究极为重要。本论文正是针对上述问题,以超结MOSFET及其辐射效应为主要的研究对象,对超结MOSFET的总剂量辐射效应和单粒子辐射效应进行了详尽的讨论和研究。主要内容为:1、研究超结MOSFET的总剂量辐射的辐射损伤机理及加固措施。仿真和实验研究表明:总剂量辐射对元胞的阈值电压影响很大,而对元胞的击穿电压和导通电阻基本无影响;当辐射剂量较小时,总剂量辐射对终端击穿电压影响较小,当辐射剂量逐渐增大,终端的击穿电压下降幅度明显。理论分析获得总剂量辐射的损伤机理主要为在氧化层中引入空间电荷和界面态,影响器件的电学特性。由于总剂量辐射在场氧化层中引入了空间电荷和界面态,影响了终端的电荷平衡,因此降低了终端击穿电压;同时在栅氧化层引入正的空间电荷,因此降低了超结MOSFET的阈值电压。在上述研究基础上提出了几种总剂量辐射加固措施。2、研究超结MOSFET的单粒子辐射的辐射损伤机理及加固措施。仿真研究验证了单粒子辐射的损伤机理主要为单粒子入射产生的电子空穴对诱发寄生三极管导通,使得器件烧毁。仿真研究了当单粒子入射在不同位置时器件的抗辐射能力。在上述研究基础上提出了抗单粒子辐射加固措施。本文通过对超结MOSFET的总剂量辐射和单粒子辐射进行了理论分析,明确其辐射损伤机理,再通过仿真和实验研究验证,在此基础上提出了抗总剂量辐射和单粒子辐射加固措施。本文对以后的研究者提供了超结MOSFET的辐射理论指导及加固方向,对超结MOSFET的抗辐射加固具有重要的意义。