SiC MOSFET器件的单粒子效应及其抗单粒子方法研究

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SiC MOSFET由于其具有耐高温、低损耗、开关速度快以及阻断电压高等优越性能成为航空航天系统电源电路中必不可少的器件。然而,近些年来,由于航天系统的集成度以及复杂性不断提高,功率半导体器件也越来越小型化、集成化、系统化。因此,工作于辐射环境中的功率器件SiC MOSFET发生单粒子效应的危险性越来越严重,并且将逐渐成为了空间电子设备的辐射效应失效的主要原因之一。SiC MOSFET的失效可能会导致航天系统的电源系统不稳定,影响航空航天系统的在轨安全,因此,提高SiC MOSFET器件抗单粒子效应的能力非常重要。本文基于模拟仿真技术对SiC MOSFET的单粒子效应进行研究。首先构建了SiC MOSFET元胞结构,然后研究了SiC MOSFET的单粒子烧毁(Single-Event Burnout,SEB)以及单粒子栅穿(Single-Event Gate Rapture,SEGR)的失效机理。还讨论了粒子线性能量传输(linear energy transfer,LET)、入射位置、入射角度以及漏源极电压对SiC MOSFET器件SEB的影响,分析了粒子入射点和粒子LET值对SiC MOSFET器件SEGR的影响。研究结果表明SiC MOSFET发生SEB与器件内部寄生双极型晶体管的状态有关,而器件SiC MOSFET发生SEGR则与器件栅介质层下形成的瞬态电场有关;粒子从栅极中部垂直入射SiC MOSFET器件时发生SEB和SEGR的风险最大;随着粒子LET以及器件漏源极电压的增大,SiC MOSFET器件发生SEB和SEGR的可能性就越高。本文提出的通过添加适合浓度的缓冲层方法可以提高SiC MOSFET器件的抗SEB性能和使用高介质常数材料作为栅介质层可以提高器件抗SEGR性能。结合两种方法的加固结构可以提高器件抗SEB性能,并降低SiC MOSFET发生SEGR的风险。这项研究可能有助于SiC MOSFET器件的SEB和SEGR加固结构设计。
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