MOS柵晶閘管電離輻射損傷研究.pdf

1、功率開關中，晶閘管具有近乎完美的導通壓降，金屬-氧化物半導體場效應晶體管（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）結合了兩者的優(yōu)點，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行進一步的考察。本

2、文重點研究了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），在地球俘獲帶內受到電離輻射時的響應機制。
　　首先，本文建立了從環(huán)境中獲取輻照粒子參數(shù)并導入 TCAD（Technology Computer Aided Design）軟件仿真的方法：確定了地球俘

3、獲帶內的主要輻射粒子為質子；仿真給出了其能量和通量范圍，以及不同能量的質子進入器件后的線性能量轉移值和路徑長度。另外，確定了在地球俘獲帶內，器件需要主要考慮的兩種電離效應：單粒子效應和總劑量效應。
　　然后，展示了MGT器件在滿足耐壓的情況下，提升正向導通電流和加快開關速度的一般方法。設計了耐壓1400V、正向電流24kA/cm-2(@10V)、關斷時間10μs左右的MCT，以及耐壓1400V、正向電流25.6kA/cm-2(@1

4、0V)、關斷時間2μs左右的BRT，并對兩者進行了對比。完成了MCT器件的版圖設計、流片和測試。
　　最后，使用設計的MGT對質子的電離輻射效應進行了研究。在單粒子效應（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)，接著詳細分析了該狀態(tài)下單粒子在器件內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