一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法技术

本发明专利技术公开了一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，基于TCAD的仿真平台，针对功率器件建立电学模型和单粒子模型，在不同的重离子辐照条件、不同的入射位置以及不同偏置条件下，对功率器件发生的单粒子硬错误进行鉴别；并对SEB和SEGR两种破坏性的瞬态过程通过程序跟踪某些重要电参量随时间的演变过程，更有针对性对功率器件单粒子硬错误的机理进一步研究。本发明专利技术提供了一种功率器件发生SEB及SEGR两种单粒子硬错误的鉴别方法，能够鉴别出在固定条件下功率器件发生哪种单粒子硬错误，是一种快速、耗时少、经济的鉴别方法，能够为功率器件在航天型号工程中的防护设计提供技术支持。件在航天型号工程中的防护设计提供技术支持。件在航天型号工程中的防护设计提供技术支持。

【技术实现步骤摘要】
一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法


[0001]本专利技术涉及一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法。

技术介绍

[0002]电源系统对于卫星、空间站等航天器飞行任务的正常执行非常重要。由卫星在轨故障统计数据得知，卫星电源分系统的故障次数约为卫星总故障次数的20％，其中45％的电源故障导致了任务失败，35％的电源故障对卫星正常工作造成了影响。功率器件常用在电源系统中的DC/DC转换器中，作为电源系统的核心元器件，空间辐射环境中的各种高能粒子和宇宙射线对这种功率器件的正常工作影响很大，对其阈值电压、转移特性和击穿电压等电学特性产生持续的影响，甚至会引发电离总剂量效应、位移损伤效应、单粒子效应等致命的辐射效应，导致航天器的电源系统不能正常工作，严重影响了航天器的正常运行和使用寿命，而单粒子效应导致的故障在其中占较大比重，雄居各种故障因素的首位。
[0003]由单粒子效应对功率器件造成的影响，将单粒子效应分为单粒子软错误和单粒子硬错误。单粒子硬错误如单粒子烧毁(SEB
‑
Single Event Burnout)以及单粒子栅击穿(SEGR
‑
Single Event Gate Rupture)等会造成器件永久性损伤，是航天器在轨故障的主要原因之一。功率器件发生SEB是由于粒子入射后在器件内造成能量沉积，产生大量的电子空穴对，形成瞬态电流，电流过大时导致器件内部寄生双极性晶体管导通，形成正反馈导致电流急剧上升，源漏极之间发生短路，致使器件烧毁；SEGR是指功率器件在一定的偏置电压下，重离子在器件的栅介质层产生电荷，当产生的电荷过大时则会导致栅介质层的电压过大，致使栅极击穿。基于此危害，对功率器件必须进行敏感性评价，如：地面单粒子试验可以较为精准地评估出器件的单粒子效应阈值电压；运用半导体工艺和器件仿真软件TCAD进行模拟仿真等。
[0004]目前的鉴别方法是针对SEB和SEGR不同的机理进行分析后，调节辐照条件、器件偏置条件等参数并结合载流子浓度、电流密度、电场强度等综合电参数分布，单独讨论SEB或SEGR对功率器件的影响；但实际上，从离子电荷径迹产生到电荷收集是一个非常复杂的过程，与离子入射的位置、入射方向、器件内部电场的分布以及器件的其它特性有关。器件会在一定的电压和电流范围内，同时存在SEB和SEGR。针对复杂多变的辐射环境，传统方法分别对器件SEB或SEGR安全工作区域进行评判，过于单一，缺乏一种快速、耗时少、经济、灵活、全面的开展功率器件单粒子硬错误预测评估方法，无法有效地对功率器件的单粒子硬错误进行鉴别，存在开展单粒子效应防护设计及验证的难度较大、准确性较低和研究成本较高等问题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对上述现有技术，提出一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，实现对功率器件单粒子硬错误的有效鉴别。
[0006]技术方案：一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，包括：
[0007]步骤1：根据功率器件的设计和工艺参数，通过半导体器件二维建模工具对所述功率器件进行二维建模，得到所述功率器件的二维模型，之后进行网格划分，生成网格化的器件结构，网格结构与器件的结构匹配；
[0008]步骤2：对网格化的器件结构进行TCAD器件仿真，得出功率器件的转移特性曲线、输出特性曲线和击穿电压，再对比器件产品手册中的相应电学参数或曲线，优化校准器件的衬底、漂移区、体区以及源区的尺寸、掺杂浓度工艺参数，最终使TCAD器件仿真结果和器件产品手册相符；
[0009]步骤3：根据步骤2优化后所得到的器件电学仿真模型，进行单粒子硬错误仿真；
[0010]步骤4：固定LET值，将重离子入射在功率器件不同位置，根据发生SEB和SEGR的不同判据重复执行步骤3，对所述功率器件进行多次单粒子硬错误仿真，分别寻找发生SEB和SEGR两种情况下对应的敏感区域，然后将重离子入射位置固定在敏感区域，仿真获得SEB和SEGR的阈值电压V
ds1
、V
ds2
和发生时间t1、t2；
[0011]步骤5：比较发生SEB和SEGR的时间先后和阈值电压大小，在相应入射位置和LET值下，根据功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，鉴别功率器件发生SEB或SEGR。
[0012]进一步的，所述步骤2中，优化校准的方法具体为：对器件的各区域的尺寸、掺杂浓度以变量的方式改变，通过仿真曲线变化的幅度来判断对应参数对器件特性的影响，找出影响显著的参数作为优化的首选变量，进而通过调节首选变量实现对仿真结果的优化校准。
[0013]进一步的，所述步骤4中，根据功率器件的瞬态电流的末端电流值来判断是否发生单粒子烧毁，确定SEB对应的阈值电压V
ds1
和发生烧毁时间的t1；根据功率器件的最大电场是否大于栅氧化层材料的临界击穿电场来判断是否发生SEGR，确定SEGR的阈值电压V
ds2
和发生栅穿时间的t2。
[0014]进一步的，所述步骤5中，所述功率器件的单粒子硬错误鉴别方法为：
[0015]①
若t1<t2且V
ds1
<V
ds2
，则发生SEB；
[0016]②
若t2<t1且V
ds2
<V
ds1
，则发生SEGR；
[0017]③
若t2<t1且V
ds1
<V
ds2
，将V
ds1
值带入SEGR判据重复步骤3进行单粒子硬错误仿真，若氧化层电场强度超过临界击穿场强，则发生SEGR，若氧化层电场强度未超过临界击穿场强，则发生SEB；
[0018]④
若t1<t2且V
ds2
<V
ds1
，将V
ds2
值带入SEB判据重复步骤3进行单粒子硬错误仿真，若漏极电流增大并维持在一个较高数值，则发生SEB；若漏极电流最终会降到0，则发生SEGR；
[0019]⑤
当t1＝t2时，若V
ds1
<V
ds2
，则发生SEB；若V
ds2
<V
ds1
，则发生SEGR；
[0020]⑥
当V
ds1
＝V
ds2
时，若t1<t2，则发生SEB；若t2<t1，则发生SEGR。
[0021]有益效果：本专利技术基于TCAD的仿真平台，针对功率器件建立电学模型和单粒子模型，在不同的重离子辐照条件、不同的入射位置以及不同偏置条件下，对功率器件发生的单粒子硬错误进行鉴别；并对SEB和SEGR两种破坏性的瞬态过程通过程序跟踪某些重要电参量随时间的演变过程，更有针对性对功率器件单粒子硬错误的机理进一步研究。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，其特征在于，包括：步骤1：根据功率器件的设计和工艺参数，通过半导体器件二维建模工具对所述功率器件进行二维建模，得到所述功率器件的二维模型，之后进行网格划分，生成网格化的器件结构，网格结构与器件的结构匹配；步骤2：对网格化的器件结构进行TCAD器件仿真，得出功率器件的转移特性曲线、输出特性曲线和击穿电压，再对比器件产品手册中的相应电学参数或曲线，优化校准器件的衬底、漂移区、体区以及源区的尺寸、掺杂浓度工艺参数，最终使TCAD器件仿真结果和器件产品手册相符；步骤3：根据步骤2优化后所得到的器件电学仿真模型，进行单粒子硬错误仿真；步骤4：固定LET值，将重离子入射在功率器件不同位置，根据发生SEB和SEGR的不同判据重复执行步骤3，对所述功率器件进行多次单粒子硬错误仿真，分别寻找发生SEB和SEGR两种情况下对应的敏感区域，然后将重离子入射位置固定在敏感区域，仿真获得SEB和SEGR的阈值电压V
ds1
、V
ds2
和发生时间t1、t2；步骤5：比较发生SEB和SEGR的时间先后和阈值电压大小，在相应入射位置和LET值下，根据功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，鉴别功率器件发生SEB或SEGR。2.根据权利要求1所述的功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，其特征在于，所述步骤2中，优化校准的方法具体为：对器件的各区域的尺寸、掺杂浓度以变量的方式改变，通过仿真曲线变化的幅度来判断对应参数对器件特性的影响，找出影响显著的参数作为优化的首选变量，进而通过调节首选变量实现对仿真结果的优化校准。3.根据权利要求1所述的功率器件的单粒子硬错误鉴别方法，其特征在于，所述步骤4中，根据功率器件的瞬态电流的末端电流值来判断是否发生单粒子烧毁，确定SEB对应的阈值电压V
ds1
和发生烧毁时间的t1；根据功率器件的最大电场是否大于栅氧化层材料的临界击穿电场来判断是否...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪柯佳，曹荣幸，薛玉雄，李林欢，孟洋，黄鑫，曾祥华，刘洋，韩丹，李红霞，郑澍，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：