MOS柵晶閘管電離輻射損傷研究.pdf

1、功率開關(guān)中，晶閘管具有近乎完美的導(dǎo)通壓降，金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）具有理想的控制特性。MOS柵晶閘管（MOS-Gated Thyristors, MGT）結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn)，是有望取代傳統(tǒng)晶閘管的衍生器件。然而，由于晶閘管和MOSFET抗輻照能力都較差， MOS柵晶閘管能否在輻射環(huán)境中可靠工作需要進(jìn)行進(jìn)一步的考察。本

2、文重點(diǎn)研究了MOS柵晶閘管類器件中的兩種器件，MOS控制晶閘管（MOS Controlled Thyristor, MCT），以及基區(qū)電阻控制晶閘管（Base Resistance Controlled Thyristor, BRT），在地球俘獲帶內(nèi)受到電離輻射時(shí)的響應(yīng)機(jī)制。
　　首先，本文建立了從環(huán)境中獲取輻照粒子參數(shù)并導(dǎo)入 TCAD（Technology Computer Aided Design）軟件仿真的方法：確定了地球俘

3、獲帶內(nèi)的主要輻射粒子為質(zhì)子；仿真給出了其能量和通量范圍，以及不同能量的質(zhì)子進(jìn)入器件后的線性能量轉(zhuǎn)移值和路徑長度。另外，確定了在地球俘獲帶內(nèi)，器件需要主要考慮的兩種電離效應(yīng)：單粒子效應(yīng)和總劑量效應(yīng)。
　　然后，展示了MGT器件在滿足耐壓的情況下，提升正向?qū)娏骱图涌扉_關(guān)速度的一般方法。設(shè)計(jì)了耐壓1400V、正向電流24kA/cm-2(@10V)、關(guān)斷時(shí)間10μs左右的MCT，以及耐壓1400V、正向電流25.6kA/cm-2(@1

4、0V)、關(guān)斷時(shí)間2μs左右的BRT，并對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比。完成了MCT器件的版圖設(shè)計(jì)、流片和測(cè)試。
　　最后，使用設(shè)計(jì)的MGT對(duì)質(zhì)子的電離輻射效應(yīng)進(jìn)行了研究。在單粒子效應(yīng)（Single Event Effect, SEE）研究中，確定了最容易受入射粒子影響的工作狀態(tài)為阻斷態(tài)，接著詳細(xì)分析了該狀態(tài)下單粒子在器件內(nèi)部電離載流子的重分布過程及其演化原因，指出單粒子閂鎖（Single Event Latch-up, SEL）或單粒子燒毀（S