一种研究SiCMOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法技术

本发明专利技术提供一种研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，包括：对SiC MOSFET在不同偏置条件下进行电离总剂量辐照试验；记录电离总剂量辐照试验过程中所述SiC MOSFET的电性能变化数据，并分析提取所述SiC MOSFET的关键性能参数；将所述辐照SiC MOSFET进行单粒子烧毁试验，并分析单粒子烧毁试验与电离总剂量辐照之间的协同关系；通过仿真软件研究两者之间的协同作用。本发明专利技术通过比较不同条件处理后SiCMOSFET单粒子烧毁后的性能，总结SiC MOSFET的电离总剂量效应与单粒子烧毁效应的影响规律，从而研究两者之间的协同效应。应。应。

【技术实现步骤摘要】
一种研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法


[0001]本专利技术涉及电子
，具体而言，涉及一种研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法。

技术介绍

[0002]航天器在空间轨道运行过程中，会受到多种环境因素的影响，例如，粒子辐射、微重力、及原子氧等。并且在卫星、宇宙飞船及航天飞机上，广泛应用电子器件，以实现各种功能。而对于电子器件，粒子辐射是最致命的环境因素之一，早期发射的航天器曾多次因损伤而失效。随着科学技术的发展，虽然卫星等航天器产生致命故障的事例越来越少，但仍时有发生。空间粒子辐射会使卫星的工作寿命缩短，从而造成巨大损失。即使采用封装和加保护等方法也不能保证电子器件完全避免辐射的影响。
[0003]SiC可以被热氧化，所以可以成为制作MOS结构的合适材料。随着第三代半导体技术的日渐成熟，SiC MOSFET(Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，金属
‑
氧化物半导体场效应晶体管)作为大功率器件开始逐渐崭露头角。然而空间辐射环境中的高能粒子和射线会导致SiC MOSFET产生总剂量效应和单粒子效应。其中，总剂量效应是指电离辐射在MOS器件的SiO2层造成累积损伤，导致氧化物电荷在SiO2层中的生成与累积，从而影响器件的电性能参数。电离辐射效应则在SiO2层中产生电子空穴对，产生的电子迁移率较大，大部分移出氧化层，而在其移出之前，有一部分电子与空穴复合，由于空穴的迁移率较慢，除与电子复合的空穴外，剩余的被SiO2层的缺陷俘获，形成俘获正电荷，进而在界面附近引入大量的氧化物电荷。SiO2层中的俘获正电荷的陷阱中心的存在会导致界面附近电势的变化，造成阈值电压的负向漂移，从而导致MOS管电性能的退化，致使SiC MOSFET器件辐射损伤。而单粒子效应是一种瞬态电离效应，SiC MOSFET的单粒子效应主要有单粒子烧毁(SEB)。当高能带电粒子进入MOSFET内部时，会在其入射轨迹上有能量的沉积，电离出大量的电子空穴对，这些电子空穴对在电场的作用下在部分区域生成较大的电流密度和电场，导致器件的结构被破坏，进而导致功能的退化甚至失效。但是单粒子效应与总剂量效应的协同作用的相关研究相对较少。
[0004]这两种损伤的协同不是简单的加合，而是以一种复杂的形式相互作用。氧化物层中的陷阱中心俘获正电荷，会影响界面处的电场分布，并且对于SiC/SiO2来说，由于SiO2在SiC上生长过程中存在晶格失配和化学元素的不均匀分布，导致在SiO2一侧靠近界面处存的缺陷浓度较高。而氧化层内带正电的氧化物电荷存在将导致氧化层内部以及靠近界面处的电场分布出现变化，这对单粒子烧毁将有一定的影响。但是目前尚不清楚SiC MOSFET中电离总剂量对单粒子效应的影响规律和作用机理，影响了SiC MOSFET的抗辐照机理研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的问题是如何提供一种SiC MOSFET中电离总剂量与单粒子烧毁协同效应的方法。
[0006]为解决上述问题中的至少一个方面，本专利技术提供一种研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，包括以下步骤：
[0007]步骤S1、对SiC MOSFET在不同偏置条件下进行电离总剂量辐照试验，得到辐照SiC MOSFET，并对SiC MOSFET在不同累积剂量点下的电性能进行原位测量；
[0008]步骤S2、记录电离总剂量辐照试验过程中所述SiC MOSFET的电性能变化数据，并结合退火试验，总结其电性能退化规律，并分析提取所述SiC MOSFET的关键性能参数；
[0009]步骤S3、将所述辐照SiC MOSFET进行单粒子烧毁试验，并对其在试验过程中的漏极电流进行原位监测，记录试验数据，并分析单粒子烧毁试验与电离总剂量辐照之间的协同关系；
[0010]步骤S4、通过仿真软件构建SiC MOSFET模型，然后将所述步骤S2中提取到的关键性能参数输入所述SiC MOSFET模型，构建SiC MOSFET缺陷模型，再进行单粒子效应模拟，根据所述SiC MOSFET缺陷模型在不同条件下单粒子效应的变化规律，研究两者之间的协同作用。
[0011]优选地，所述步骤S1中，所述偏置条件包括V
GS
＝0V、V
GS
＝
‑
5V和V
GS
＝+20V。
[0012]优选地，使用剂量率为100rad/s的γ射线辐照所述SiC MOSFET，记录0k、100k、300k、500k、800k和1000k累积剂量点下的电性能。
[0013]优选地，所述步骤S2中，根据不同累积剂量点下所述SiC MOSFET的转移特性曲线，不同偏置条件和不同累积剂量点下所述SiC MOSFET的阈值电压位移ΔV
th
，通过中带电压法分离所述SiC MOSFET的氧化物电荷ΔN
ot
和界面态电荷ΔN
it
。
[0014]优选地，所述阈值电压位移ΔV
th
分为ΔV
ot
和ΔV
it
分量，且ΔV
it
＝ΔV
ot
‑
ΔV
th
，而氧化物电荷ΔN
ot
和界面态电荷ΔN
it
可通过以下方式计算：
[0015]ΔN
ot
＝C
ox
ΔV
ot
/q，ΔN
it
＝C
ox
ΔV
it
/q；
[0016]式中，C
ox
为单位面积的栅电容，q为元电荷；
[0017]ΔV
ot
可从中带电压ΔV
mg
中获得，即ΔV
ot
＝ΔV
mg
，ΔV
mg
为I
d
＝I
mg
时的电压，I
d
可通过以下公式计算得到：
[0018][0019]式中，α为常数，通过以下公式计算得到：
[0020]d为氧化层厚度，L
d
为德拜长度，ε
si
和ε
SiO2
分别为Si和SiO2的介电常数；μ为MOSFET的载流子迁移率；q为元电荷的电荷量，k为玻尔兹曼常数，T为温度，W/L为MOSFET的沟道宽长比，N
d
为沟道掺杂浓度，N
i
为本征载流子浓度，C
ox
是单位面积的栅电容，是SiC表面势，I
d
和V
ds
分别是源漏电流与电压，根据中带表面势能够得到中带电流I
mg
，中带电流与亚阈值曲线的交点即为中带电压V本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、对SiC MOSFET在不同偏置条件下进行电离总剂量辐照试验，得到辐照SiC MOSFET，并对SiC MOSFET在不同累积剂量点下的电性能进行原位测量；步骤S2、记录电离总剂量辐照试验过程中所述SiC MOSFET的电性能变化数据，并结合退火试验，总结其电性能退化规律，并分析提取所述SiC MOSFET的关键性能参数；步骤S3、将所述辐照SiC MOSFET进行单粒子烧毁试验，并对其在试验过程中的漏极电流进行原位监测，记录试验数据，并分析单粒子烧毁试验与电离总剂量辐照之间的协同关系；步骤S4、通过仿真软件构建SiC MOSFET模型，然后将所述步骤S2中提取到的关键性能参数输入所述SiC MOSFET模型，构建SiC MOSFET缺陷模型，再进行单粒子烧毁模拟，根据所述SiC MOSFET缺陷模型在不同条件下单粒子效应的变化规律，研究两者之间的协同作用。2.根据权利要求1所述的研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述偏置条件包括V
GS
＝0V、V
GS
＝
‑
5V和V
GS
＝+20V。3.根据权利要求2所述的研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，其特征在于，使用剂量率为100rad/s的γ射线辐照所述SiC MOSFET，记录0k、100k、300k、500k、800k和1000k累积剂量点下的电性能。4.根据权利要求1所述的研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据不同累积剂量点下所述SiC MOSFET的转移特性曲线，不同偏置条件和不同累积剂量点下所述SiC MOSFET的阈值电压位移ΔV
th
，通过中带电压法分离所述SiC MOSFET的氧化物电荷ΔN
ot
和界面态电荷ΔN
it
。5.根据权利要求4所述的研究SiC MOSFET电离总量和单粒子烧毁协同效应的方法，其特征在于，所述阈值电压位移ΔV
th
分为ΔV
ot
和ΔV
it
分量，且ΔV
it
＝ΔV
ot
‑
ΔV
th
，而氧化物电荷ΔN
ot
和界面态电荷ΔN
it
可通过以下方式计算：ΔN
ot
＝C
ox
ΔV
ot
/q，ΔN
it
＝C
ox
ΔV

【专利技术属性】
技术研发人员：杨剑群，李兴冀，余雪强，吕钢，董尚利，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：