SiGe HBT单粒子效应敏感区域分布与加固设计研究

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随着我国信息技术和航天事业的迅猛发展,对电子元器件在空间环境中的应用,特别是辐射、低温环境中的应用需求迫切。SiGe HBT由于其硅基能带工程材料和器件结构的优势,具有卓越的低温特性和优异的抗总剂量辐照性能,有可能替代并去掉体硅器件携带的保温装置,进而降低发射成本。然而相关研究表明,SiGe HBT对单粒子效应非常敏感,表现在导致器件发生单粒子效应的重离子LET阈值很低和较高的饱和截面,成为制约其空间应用的关键因素,因此迫切需要开展SiGe HBT单粒子效应抗辐射加固技术研究。  首先,基于两种不同结构SiGe HBT的器件工艺与布局信息分别建立单粒子效应三维物理模型,并开展单粒子效应数值模拟仿真,对比分析STI(浅沟槽隔离结构)与DTI(深沟槽隔离结构)SiGe HBT在单粒子效应过程中器件内部电势、各电极瞬态电流及电荷收集随时间的变化关系,探讨两种结构SiGe HBT的敏感区域分布,总结出不同结构SiGe HBT的单粒子效应规律。  其次,开展两种结构SiGe HBT的激光微束单粒子效应模拟试验,对比分析两种结构的瞬态电流峰值、电荷收集情况。激光微束密集扫描器件得到SiGe HBT的单粒子效应敏感区域三维定位,确定STI与DTI隔离结构SiGe HBT的激光微束单粒子效应响应规律与敏感区域分布。  最后,根据STI隔离结构SiGe HBT的单粒子效应辐射损伤机理,初步给出了单粒子效应加固设计方法,通过在器件版图布局中引入伪集电极进行单粒子效应的抗辐射加固,分别开展加固前后SiGe HBT的单粒子效应仿真,对比加固前后SiGe HBT的单粒子响应,分析伪集电极对电荷收集机制的影响,验证SiGe HBT单粒子效应的设计抗辐射加固效果。  本文从数值模拟仿真的角度对比分析了不同结构SiGe HBT的关键电学参数在单粒子效应过程中的响应,探讨了不同结构器件的敏感区域分布,通过激光微束模拟试验对比分析了不同结构SiGe HBT单粒子效应的瞬态电流与电荷收集情况,进一步验证了不同结构器件的敏感区域分布。总结研究结果,为SiGe HBT在空间极端环境中的实际应用及其抗辐射加固技术的研究提供了指导与支持。
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