双极型晶体管的电离辐射效应及加速试验方法研究

【摘要】：随着我国航天事业飞速发展，电子器件受空间环境影响不断突显。目前针对低剂量率电离辐照对双极型器件的增强退化作用（Enhanced Low Dose Rate Sensitivity）以及加速试验方法仍处于探索阶段。因此本文从总剂量效应、ELDRS效应两方面系统的研究电离辐照效应对双极型晶体管参数的影响，并验证了一种基于掺氢预处理的加速试验方法。研究工作如下： （1）双极型器件总剂量效应研究。运用Co60γ辐射源对衬底型双极管进行辐照，测定不同累积剂量时的基极电流、直流增益等参数，实验结果表明NPN管在50rad/s，300Krad下直流增益下降了1.82倍；10rad/s，51Krad下直流增益下降了26%。PNP管在50rad/s，300Krad下直流增益下降了0.35倍；10rad/s，51Krad下直流增益下降了15%。基于Silvaco软件建立的Gummel Poon模型分析失效机理，随着累积总剂量不断增长，导致辐射感生氧化层陷阱电荷不断增大，进而使发射结耗尽区不断扩大，从而导致器件基极电流增加，直流增益减小。 （2）双极型器件ELDRS效应研究。运用Co60γ辐射源开展低剂量率实验，实验结果表明，NPN管和PNP管在1rad/s下的平均退化量比高剂量率下（10rad/s,50rad/s）高40%左右，显示出明显的ELDRS效应。从两级氢模型角度分析，辐射在低剂量率下不断促进原始缺陷的生成，形成更多的界面陷阱，导致表面复合速率的增大，最终使低剂量率下直流增益的退化量高于高剂量率下的退化量。对双极型器件ELDRS效应的研究为加速试验方法的分析提供了依据。 进一步，基于两级氢模型理论，探索了基于掺氢预处理的加速试验方案。通过100%氢浓度渗透48小时的器件所含H+增长了一倍，SiHO+增多了1.5倍，高剂量率10rad/s辐照后得到的退化量相当于未经过氢处理器件在1rad/s下的退化量，实验结果验证了掺氢预处理方法的有效性。