高k栅介质增强型β-Ga2O3 VDMOS器件的单粒子栅穿效应研究

以增强型β-Ga₂O₃ VDMOS器件作为研究对象，利用TCAD选择不同的栅介质材料作为研究变量，观察不同器件的单粒子栅穿效应敏感性。高k介质材料Al₂O₃和HfO₂栅介质器件在源漏电压200 V、栅源电压-10 V的偏置条件下能有效抵御线性能量转移为98 MeV·cm²/mg的重离子攻击，SiO₂栅介质器件则发生了单粒子栅穿效应(Single event gate rupture, SEGR)。采用HfO₂作为栅介质时源漏电流和栅源电流分别下降92%和94%，峰值电场从1.5×10⁷ V/cm下降至2×10⁵ V/cm，避免了SEGR的发生。SEGR发生的原因是沟道处累积了大量的空穴，栅介质中的临界电场超过临界值导致了击穿，而高k栅介质可以有效降低器件敏感区域的碰撞发生率，抑制器件内电子空穴对的进一步生成，降低空穴累积的概率。