一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法技术

本发明专利技术提出了一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法，其特征在于，包括：在额定电压下，检测待测器件电学性能，获得第一转移特性曲线；在预设偏置电压下，检测所述待测器件的电学性能，获得第二转移特性曲线，所述预设偏置电压中的漏极预设偏置电压大于所述额定电压中的漏极额定电压；在所述预设偏置电压和预设辐照下，检测所述待测器件的电学性能，获得第三转移特性曲线；所述第一转移特性曲线和第二转移特性曲线，确定所述待测器件的无辐照安全电压；本申请基于所述第一转移特性曲线、所述第三转移特性曲线和所述无辐照安全电压，确定所述待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间。效应的安全工作区间。效应的安全工作区间。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的不断发展，各种电子设备已经广泛应用于人造卫星、运载火箭、宇宙飞船等系统中。故而电子器件将不可避免处于空间辐射应用环境中，这就对器件的抗辐照稳定性提出了更高的要求。GaN作为第三代宽禁带半导体的典型代表，与第一代半导体Si、第二代半导体GaAs相比，其具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的饱和电子速度、更高的热导率、耐高压、耐高温以及抗辐照等优点，这使得GaN在高温、高频、空间辐照环境等极端条件下成为制备功率器件的理想材料。在未来，GaN基器件一定会被广泛应用于激光、雷达以及航空航天等领域。
[0003]根据近几年的数据统计可知，50％以上的航天器故障都是由于空间辐射引起的。按区间划分，空间辐射环境主要分为银河宇宙射线(Galatic Cosmic Ray,GCR)、太阳宇宙射线(Solar Cosmic Ray,SCR)、及地球辐射带(又称范
·
艾伦辐射带Van Allen Radiation Belts)。在空间环境中存在大量的高能粒子，主要为电子(能量>5MeV)、质子(能量为0.1～5MeV)以及少量重离子等。在外层空间环境中，存在着大量的银河宇宙射线、太阳耀斑以及地磁俘获带的粒子，会对航天器上电子器件的可靠性产生不可忽视的影响。
[0004]增强型P
>‑
gate结构GaN功率器件在AlGaN势垒顶部生长了一层带正电(P型)的GaN层。P
‑
GaN层中的正电荷具有内置电压，该电压大于压电效应产生的电压，因此它会耗尽2DEG中的电子，形成增强型结构。增强型P
‑
gate结构GaN功率器件得优点：内部寄生参数较小，开关性能会更加优异；可实现常闭状态。对GaN器件而言，空间辐射环境导致的单粒子效应会使器件永久性失效，给空间仪器的电源及开关等系统造成破坏。目前针对GaN器件单粒子效应的研究大部分都是利用重离子作为辐射源，但高能质子同样会使器件产生单粒子效应，质子是空间辐射环境主要的组成粒子之一，其占比高达90％，并且质子具有能量高、通量大的特点。质子与器件材料交互作用时产生非直接效应和直接效应，非直接效应是由质子与物质原子核作用产生的(如散裂反应)，进而通过反应产物间接电离导致的单粒子效应，直接效应是质子在器件敏感区发生的直接电离造成的单粒子效应。研究表明，即使最恶劣的质子辐射(能量最高)在器件中产生直接效应的现象也只是偶然事件。相反，质子与原子核发生作用产生由重离子残片形成的反冲核或者形成两个具有相似质量的两个离子，这些二次离子会产生间接的效应，这种情况更容易发生。GaN功率器件在空间环境的工作过程中，会不断受到质子辐照，从而会不断的进行碰撞电离和电荷累积，具有发生单粒子效应的风险。并且对于功率器件而言，偏置电压的大小也是诱导器件烧毁的重要原因。因此，非常有必要对GaN功率器件在不同偏置电压及高能质子辐照条件下，产生单粒子烧毁效应的安全工作区间进行相关研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法，为解决如何确定不同偏置电压及不同辐照条件下，氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的问题。
[0006]为解决上述技术问题，根据一些实施例，本专利技术提供了一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法，包括：
[0007]在额定电压下，检测待测器件电学性能，获得第一转移特性曲线；
[0008]在预设偏置电压下，检测所述待测器件的电学性能，获得第二转移特性曲线，所述预设偏置电压中的漏极预设偏置电压大于所述额定电压中的漏极额定电压；
[0009]在所述预设偏置电压和预设辐照下，检测所述待测器件的电学性能，获得第三转移特性曲线；
[0010]基于所述第一转移特性曲线和第二转移特性曲线，确定所述待测器件的无辐照安全电压；
[0011]基于所述第一转移特性曲线、所述第三转移特性曲线和所述无辐照安全电压，确定所述待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间。
[0012]进一步地，所述预设辐照包括：辐照源为单能质子束流，质子能量为25～100MeV，注量率为3.38
×
108p/(cm2·
s)，注量为2
×
10
11
p/cm2。由于本申请检测的氮化镓功率器件
[0013]进一步地，所述额定电压为50～100V；所述漏极预设偏置电压为600～650V；所述预设偏置电压中的栅极预设偏置电压为0～15V。
[0014]进一步地,向所述待测器件施加所述预设偏置电压的过程包括：
[0015]向所述待测器件施加所述额定电压；由所述额定电压逐渐升至所述预设偏置电压。
[0016]进一步地，所述基于所述第一转移特性曲线、所述第三转移特性曲线和所述无辐照安全电压，确定所述待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间，包括：
[0017]基于所述第一转移特性曲线和所述第三转移特性曲线，确定所述待测器件预设辐照安全电压；
[0018]基于预设辐照安全电压和无辐照安全电压，确定所述待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间。
[0019]进一步地，在进行预设辐照下之前，包括：
[0020]对所述待测器件进行开态偏置条件评估，确定所述待测器件的偏置电压。
[0021]进一步地，所述在额定电压下，检测待测器件电学性能，还用于确保所述待测器件的电学性能正常。
[0022]进一步地，在预设偏置电压下，检测所述待测器件的电学性能之前，包括：
[0023]将示波器连入测试电路，所述示波器用于检测所述测试电路是否有瞬态脉冲电流出现：
[0024]若是，关闭辐照源和所述示波器。
[0025]进一步地，所述示波器并联预设阻值的电阻，以防止示波器损坏。
[0026]本专利技术的上述技术方案至少具有如下有益的技术效果：
[0027]本申请通过对比分析第一转移特性曲线和第三转移特性曲线，以及无辐照安全电
压，确定待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间，该安全工作区间表征形式可以包括：待测器件的漏极电压、栅极电压和预设辐照的质子能量。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本专利技术一个实施例中一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法流程图。
[0030]图2是本专利技术一个实施例中检测电路图。
[0031本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓功率器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间的检测方法，其特征在于，包括：在额定电压下，检测待测器件电学性能，获得第一转移特性曲线；在预设偏置电压下，检测所述待测器件的电学性能，获得第二转移特性曲线，所述预设偏置电压中的漏极预设偏置电压大于所述额定电压中的漏极额定电压；在所述预设偏置电压和预设辐照下，检测所述待测器件的电学性能，获得第三转移特性曲线；基于所述第一转移特性曲线和第二转移特性曲线，确定所述待测器件的无辐照安全电压；基于所述第一转移特性曲线、所述第三转移特性曲线和所述无辐照安全电压，确定所述待测器件的单粒子烧毁效应的安全工作区间。2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述预设辐照包括：辐照源为单能质子束流，质子能量为25～100MeV，注量率为3.38
×
108p/(cm2·
s)，注量为2
×
10
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p/cm2。3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述额定电压为50～100V；所述漏极预设偏置电压为600～650V；所述预设偏置电压中的栅极预设偏置电压为0～15V。4.根据权利要求1所述的检测方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭红霞，白如雪，张鸿，钟向丽，欧阳晓平，张凤祁，胡嘉文，刘益维，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：