[發明專利]輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化模型的構建方法

有效

• 申請號: 201911233071.5
• 申請日: 2019-12-05
• 公開（公告）號: CN111046546B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 孫亞賓;王昌鋒;田明;李小進;石艷玲;廖端泉;曹永峰
• 申請（專利權）人: 華東師范大學;上海華力微電子有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;H01L29/73
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化模型的構建方法，該方法包括：a）基于大注入條件發射極電流得到由發射區注入至基區的少數載流子濃度nsubgt;E/subgt;；b）獲得基極電流和電流增益的分布；c）輻射環境正向電流增益退化模型的建立；d）模型驗證。本發明構建的模型，重點考慮了大注入效應的影響，從而可精準地計算雙極型晶體管正向電流增益的退化，得到全偏壓范圍內正向電流增益損傷因子的退化。所需擬合參數少，適用性廣泛，該模型對于輻射環境下雙極型晶體管可靠性提供了更準確的預測。

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，具體涉及一種輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化模型的構建方法。

背景技術

隨著對空間探索的不斷延伸，越來越多的電子系統將應用于各種不同的輻射環境中。空間輻射效應對電子器件可造成不同程度的破壞，導致系統發生故障。雙極型晶體管較強的抗輻射能力，近年來在空間輻射環境中也表現出極大的應用前景。空間輻射尤其是中子輻射和重離子輻射在半導體材料及器件內部產生大量的位移損傷，增加了載流子散射幾率，降低載流子壽命。作為一種少子器件，基區少數載流子壽命的降低將使得基區復合電流增加，降低晶體管電流增益。如何精準評估輻射損傷誘導的雙極型晶體管電流增益的退化，是輻射環境下雙極型晶體管電路設計的前提與關鍵。

雙極型晶體管電流增益分為共射極正向電流增益和共集電極反向電流增益。以NPN型雙極型晶體管為例，工作在正向有源模式下時基極電流存在如下三個分量：從基區向發射區注入的空穴電流I_B1；BE結空間電荷區及界面處的復合電流I_B2；中性基區內的中性基區復合電流I_B2。目前用來評估晶體管電流增益退化的經典Messenger?Spratt模型為：

其中DF為正向電流增益損傷系數，β_pre及β_post為輻射前后正向電流增益，Φ_P為輻射通量，W_B為中性基區寬度，D_nB為中性基區電子擴散系數，K_τ為中性基區電子壽命損傷系數。

該模型假設的前提中性基區內的中性基區復合電流I_B3是輻射后晶體管基極電流的主要成分，忽略了低偏壓下BC結空間電荷區及界面處的復合電流I_B2的影響。此外，當晶體管工作于正向有源模式下時，較高的BE結偏壓將使得由發射區注入至基區的少數載流子濃度可能接近甚至超過基區多數載流子濃度，即發生大注入效應，使得晶體管電流增益退化。經典Messenger?Spratt模型忽略了大注入效應的影響，在表征高偏壓下雙極型晶體管正向電流增益退化存在局限。為了保證輻射環境下雙極型晶體管的精準設計，亟待開發一套精準表征輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化的解析模型。

發明內容

本發明的目的是提供一種輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化模型的構建方法，所獲模型對于輻射環境下雙極型晶體管可靠性提供了更準確的預測。

實現本發明目的的具體技術方案是：

一種輻射環境下雙極型晶體管正向電流增益退化模型的構建方法，該方法基于大注入條件下發射極電流得到由發射區注入至基區的少數載流子濃度，然后根據偏置條件獲得基極電流和電流增益的分布，最后結合少數載流子壽命的退化獲得正向電流增益退化模型，具體步驟如下：

步驟1：基于大注入條件發射極電流得到由發射區注入至基區的少數載流子濃度n_E

大注入條件下發射區注入至基區的載流子濃度分布遠大于中性基區濃度，在設定由發射極注入的載流子滿足線性分布的條件下，得到發射區注入至基區的載流子濃度n_E；

步驟2：獲得基極電流和電流增益的分布