[發明專利]一種單粒子輻照碳化硅功率MOSFETs安全邊界性能退化的分析方法

在審

• 申請號: 201810136619.3
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108334707A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 李鵬偉;李興冀;楊劍群;董磊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種單粒子輻照碳化硅功率MOSFETs安全邊界性能退化的分析方法，涉及一種碳化硅功率器件安全邊界性能的確定方法。為了解決目前無法準確獲得SiC型功率器件單粒子輻照的安全邊界的問題。本發明首先采用地面單粒子輻照碳化硅功率器件，獲得器件發生單粒子燒毀或柵穿效應的試驗數據；將每對試驗數據值在反向偏置電壓?電參性能數值坐標系中描出來，并標記出發生單粒子燒毀或柵穿效應時所對應的最小反向偏置電壓及其電參數值對應的點，以及在未發生單粒子燒毀或柵穿效應時所對應的最大反向偏置電壓及其電參數值對應的點，從而確定電荷收集區、電參數值增大區和器件擊穿燒毀區。本發明用于碳化硅功率器件安全邊界性能的確定。

技術領域

本發明涉及電子技術領域，具體涉及一種碳化硅功率器件安全邊界性能的確定方法。

背景技術

隨著航天技術的不斷發展，特別是先進空間千伏高壓電源系統、高溫推進電源處理單元，以及深空探測器等在極端環境和工作條件下，對大功率耐高溫的器件需求日益明顯。碳化硅功率器件應具有高速、高擊穿電壓、低漏電流、耐高溫等優點，因而在航天千伏高壓、高頻和高溫系統中有很好的應用前景。航天應用時，空間中存在的輻射粒子會對運行在航天器中的SiC功率MOSFETs器件產生輻射損傷，進而影響航天器的性能和壽命，特別是單粒子燒毀(SEB：Single Event Burn-out)和單粒子柵穿(SEGR：Single Event Gate-Rupture)所引起器件功能失效問題。因此，需要在地面開展單粒子效應試驗對SiC功率器件空間應用的能力水平進行評估。

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)為金屬-氧化物半導體場效應晶體管，簡稱金氧半場效晶體管。

研究結果表明SiC材料比硅(Si)材料在抗單粒子燒毀方面有更大的優勢，而SiC功率器件的在高壓下的抗單粒子效應方面能力較低。重離子和質子輻射試驗研究表明，高LET值的離子輻照產生的永久性損傷，會導致器件柵極和源極漏電的增加，SiC型功率MOSFETs單粒子燒毀失效機理示意圖如圖1所示。器件安全工作電壓出現了明顯降低，且出現電流衰減的現象。安全工作電壓的下降會直接影響器件的可靠性指標，影響該器件的空間應用。因此，需要對器件的安全工作電壓范圍進行單粒子效應評估，確保空間應用的安全性和可靠性。由于樣本數和輻照引起的性能退化，準確找到單粒子輻照下的安全工作電壓范圍變得非常困難。到目前為止，如何準確分析評估SiC功率MOSFETs的單粒子效應安全工作區是空間應用的一大難點，也是研究的熱點。

發明內容

本發明是為了解決目前無法準確獲得SiC型功率MOSFETs器件單粒子輻照的安全邊界而導致無法在安全使用范圍內設計MOSFETs器件的問題。

一種單粒子輻照碳化硅功率MOSFETs安全邊界性能退化的分析方法，包括以下步驟：

步驟一、采用地面重離子或質子輻照碳化硅SiC型功率MOSFETs器件，在不同反向偏置電壓下分別獲得器件發生單粒子燒毀或柵穿效應的試驗數據，即單粒子效應試驗數據，單粒子效應試驗數據包括器件電性能參數；

步驟二、將步驟一中的單粒子效應試驗數據，以反向偏置電壓為橫坐標、器件電性能參數為縱坐標建立坐標系，并在坐標系中將反向偏置電壓和對應的器件電性能參數在坐標系中描述出來；

也可以以反向偏置電壓為縱坐標、電參性能數值為橫坐標建立坐標系，其過程和效果是一樣的；

步驟三、在步驟二的坐標系中標記出發生單粒子燒毀或柵穿效應時所對應的最小反向偏置電壓及其電參數值對應的點，以及在未發生單粒子燒毀或柵穿效應時所對應的最大反向偏置電壓及其電參數值對應的點；