耐250℃高温的1200V-5A4H-SiC JBS二极管

采用碳化硅外延和器件工艺制造了碳化硅结势垒肖特基(JBS)二极管,耐压达到1 200 V,封装的器件电流室温达到5 A(正向压降2.1 V).通过在不同工作温度下对比测试显示了直流特性随工作温度的变化情况,并验证至少在250℃下依旧能正常工作.研制的1 200 V碳化硅JBS二极管和IXYS公司的600 V硅快恢复二极管(Fast recovery diode)进行了对比:室温动态开关测试中,碳化硅二极管的反向恢复能耗比硅二极管节省92%.这是国内首次报道的250℃高温下正常工作的碳化硅JBS二极管.     

SiC肖特基栅JFET功率特性的研究

提出了一种新型结构的SiC结型场效应晶体管,采用肖特基接触替代P+型栅区,以降低SiC JFET的工艺复杂度,并提高器件的功率特性。建立了器件的数值模型,对不同材料和结构参数下的功率特性进行了仿真。结果表明,与PN结栅相比,肖特基栅结构可以有效降低SiC JFET的开态电阻;与常规结构的双极模式SiC JFET相比,在SiC肖特基栅JFET的栅极正偏注入载流子,同样可以有效降低器件的开态电阻,折中器件的正反向特性,但不会延长开关时间。     

空间辐射效应对SRAM型FPGA的影响

以Xilinx的FPGA为例，结合相关试验数据，分析了空间总剂量效应、单粒子翻转、单粒子闩锁、单粒子功能中断、单粒子烧毁、单粒子瞬态脉冲和位移损伤等辐射效应对SRAMFPGA器件的漏极电流、阚值电压、逻辑功能等影响。分析了辐射效应的机理以及FPGA的失效模式。文章可以为SRAM型FPGA在航天领域中的应用提供参考。     

槽栅型SiC MOSFET器件单粒子响应特性研究

利用TCAD Sentaurus模拟仿真软件,研究分析了三种不同结构的槽栅型1 200 V SiC MOSFET单粒子响应特性,器件包括传统单沟槽MOSFET、双沟槽MOSFET和非对称沟槽MOSFET结构。仿真结果表明,双沟槽MOSFET的抗单粒子特性优于其它两种结构器件。通过分析可知,双沟槽MOSFET结构的优越性在于有较深的源极深槽结构,有助于快速收集单粒子碰撞过程产生的载流子,从而缓解大量载流子聚集带来的内部电热集中,相比其它两种结构能有效抑制引起单粒子烧毁的反馈机制。     

SiC功率器件辐照效应研究进展

SiC功率器件是许多航天器用电子设备的重要组成部分,是保障深空探测任务顺利进行的前提和基础。在梳理SiC功率器件发展概况的同时,针对不同SiC功率器件（SiC SBD、 SiC JBS、 SiC MOSFET）在空间辐射环境下的性能退化规律进行了概述,重点分析了辐射环境下SiC功率器件的损伤机理,为SiC功率器件抗辐射技术的长远发展提供了参考。     

POP型SiC JBS二极管结构的改进与性能优化

为了进一步提高SiC JBS的反向击穿特性和BFOM值,对POP型SiC JBS结构进行了重要改进。虽然它们都是采用外延的方法在一个较窄的轻掺杂P阱上面再制作一个较宽的重掺杂P区,但是改进的结构在二者的界面附近存在一段等宽区,即P阱的上半部分与重掺杂P区同宽,从而大幅度降低重掺杂P区的边缘电场集中效应以提高击穿电压。通过理论分析与MEDICI软件仿真,深入探讨了这种结构变化对器件性能的影响。结果表明,在不增加额外工艺的情况下,改进的结构可大幅度提高BFOM和击穿电压。     

CMOS有源像素图像传感器的辐照损伤效应

互补金属氧化物半导体(CMOS)有源像素(APS)图像传感器作为光电成像系统的核心器件,被广泛应用在空间辐射或核辐射环境中,辐照损伤是导致其性能退化,甚至功能失效的主要原因之一。阐述了不同辐射粒子或射线辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器产生位移效应、总剂量效应和单粒子效应的损伤物理机制。综述和分析了辐照损伤诱发CMOS APS图像传感器暗信号增大、量子效率减小、饱和输出电压减小、噪声增大以及暗信号尖峰和随机电码信号(RTS)产生的实验规律和损伤机理。归纳并提出了CMOS APS图像传感器辐照损伤效应研究亟待解决的问题。     

4H-SiC MESFET与SBD中子辐照效应的研究

本文研究了4H-SiC MESFET与Ni,Ti/4H-SiC SBD的中子辐照效应,中子归一化能量为1MeV,最高中子注量和gamma射线累积总剂量分别为1×1015n/cm2和3.3Mrad(Si)。经过1×1013n/cm2的辐照剂量后, SiC MESFET的电学特性仅有轻微的变化,Ni、Ti/4H-SiC以及SiC MESFET栅极肖特基接触的 都没有明显变化;随着辐照中子注量的进一步上升,SiC MESFET的漏极电流下降,夹断电压上升。辐照剂量达到1×1014n/cm2,夹断电压从辐照前的-12.5V上升为约-11.5V。当中子辐照注量达到2.5×1014n/cm2时,SiC MESFET栅极肖特基接触的 比辐照前有一定的下降。分析认为SiC MESFET和SBD的退化主要是由中子辐照引入的体材料损伤造成的。本文的研究表明,提高器件有源区的掺杂浓度可以提高中子辐照容限。     

国产中高压抗辐照功率MOSFET单粒子效应

功率金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)空间使用时易遭受重离子轰击产生单粒子效应(单粒子烧毁和单粒子栅穿)。本文对国产新型中、高压(额定电压250 V,500 V)抗辐照功率MOSFET的单粒子辐射效应进行了研究,并采取了有针对性的加固措施,使器件的抗单粒子能力显著提升。结果表明：对250 V KW2型功率MOSFET器件进行Bi粒子辐照,在栅压等于0 V时,安全工作的漏极电压达到250 V;对500 V KW5型功率MOSFET器件进行Xe粒子辐照,在栅压等于0 V时,安全工作的漏极电压达到400 V,并且当栅压为-15 V时,安全工作的漏极电压也达到400 V,说明国产中、高压功率MOSFET器件有较好的抗单粒子能力。     

锗硅异质结双极晶体管空间辐射效应研究进展

异质结带隙渐变使锗硅异质结双极晶体管(SiGe HBT)具有良好的温度特性,可承受-180~+200 ℃的极端温度,在空间极端环境领域具有诱人的应用前景。然而,SiGe HBT器件由于材料和工艺结构的新特征,其空间辐射效应表现出不同于体硅器件的复杂特征。本文详述了SiGe HBT的空间辐射效应研究现状,重点介绍了国产工艺SiGe HBT的单粒子效应、总剂量效应、低剂量率辐射损伤增强效应以及辐射协同效应的研究进展。研究表明,SiGe HBT作为双极晶体管的重要类型,普遍具有较好的抗总剂量和位移损伤效应的能力,但单粒子效应是制约其空间应用的瓶颈问题。由于工艺的不同,国产SiGe HBT还表现出显著的低剂量率辐射损伤增强效应响应和辐射协同效应。     

半导体激光器辐照损伤效应实验研究进展

半导体激光器(LD)工作在空间辐射或核辐射环境中时,会受到辐照损伤的影响而导致器件性能退化。文章回顾了不同时期研制的LD(从早期的GaAs LD到量子阱LD和量子点LD)在辐照效应实验方面的研究进展,梳理了国际上开展不同辐射粒子或射线(质子、中子、电子、伽马射线)诱发LD辐射敏感参数退化的实验规律,分析总结了当前LD辐照效应实验方法研究中亟待解决的关键技术问题,为今后深入开展LD的辐照效应实验方法、退化规律、损伤机理及抗辐射加固技术研究提供理论指导和实验技术支持。     

CMOS图像传感器辐照损伤效应仿真模拟研究进展

CMOS图像传感器(CIS)工作在空间辐射或核辐射环境中遭受的辐照损伤问题备受关注。对CIS辐照损伤效应进行仿真模拟研究有助于深入揭示辐照损伤机理,进而开展抗辐射加固设计,有效提升CIS抗辐照能力。文章通过梳理国内外开展CIS辐照损伤效应仿真模拟研究方面的进展情况,结合课题组已开展的电子元器件辐照效应仿真模拟和实验研究基础,从CIS器件建模、时序驱动电路建模、辐照损伤效应建模、仿真模拟结果校验等方面探讨了CIS辐照损伤效应的仿真模拟方法,分析总结了当前CIS辐照效应仿真模拟研究中亟待解决的关键技术问题。