[发明专利]一种单粒子辐照碳化硅功率MOSFETs安全边界性能退化的分析方法

说明书

一种单粒子辐照碳化硅功率MOSFETs安全边界性能退化的分析方法，涉及一种碳化硅功率器件安全边界性能的确定方法。为了解决目前无法准确获得SiC型功率器件单粒子辐照的安全边界的问题。本发明首先采用地面单粒子辐照碳化硅功率器件，获得器件发生单粒子烧毁或栅穿效应的试验数据；将每对试验数据值在反向偏置电压‑电参性能数值坐标系中描出来，并标记出发生单粒子烧毁或栅穿效应时所对应的最小反向偏置电压及其电参数值对应的点，以及在未发生单粒子烧毁或栅穿效应时所对应的最大反向偏置电压及其电参数值对应的点，从而确定电荷收集区、电参数值增大区和器件击穿烧毁区。本发明用于碳化硅功率器件安全边界性能的确定。

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种碳化硅功率器件安全边界性能的确定方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，特别是先进空间千伏高压电源系统、高温推进电源处理单元，以及深空探测器等在极端环境和工作条件下，对大功率耐高温的器件需求日益明显。碳化硅功率器件应具有高速、高击穿电压、低漏电流、耐高温等优点，因而在航天千伏高压、高频和高温系统中有很好的应用前景。航天应用时，空间中存在的辐射粒子会对运行在航天器中的SiC功率MOSFETs器件产生辐射损伤，进而影响航天器的性能和寿命，特别是单粒子烧毁(SEB：Single Event Burn-out)和单粒子栅穿(SEGR：Single Event Gate-Rupture)所引起器件功能失效问题。因此，需要在地面开展单粒子效应试验对SiC功率器件空间应用的能力水平进行评估。

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)为金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管。

研究结果表明SiC材料比硅(Si)材料在抗单粒子烧毁方面有更大的优势，而SiC功率器件的在高压下的抗单粒子效应方面能力较低。重离子和质子辐射试验研究表明，高LET值的离子辐照产生的永久性损伤，会导致器件栅极和源极漏电的增加，SiC型功率MOSFETs单粒子烧毁失效机理示意图如图1所示。器件安全工作电压出现了明显降低，且出现电流衰减的现象。安全工作电压的下降会直接影响器件的可靠性指标，影响该器件的空间应用。因此，需要对器件的安全工作电压范围进行单粒子效应评估，确保空间应用的安全性和可靠性。由于样本数和辐照引起的性能退化，准确找到单粒子辐照下的安全工作电压范围变得非常困难。到目前为止，如何准确分析评估SiC功率MOSFETs的单粒子效应安全工作区是空间应用的一大难点，也是研究的热点。

发明内容

本发明是为了解决目前无法准确获得SiC型功率MOSFETs器件单粒子辐照的安全边界而导致无法在安全使用范围内设计MOSFETs器件的问题。

一种单粒子辐照碳化硅功率MOSFETs安全边界性能退化的分析方法，包括以下步骤：

步骤一、采用地面重离子或质子辐照碳化硅SiC型功率MOSFETs器件，在不同反向偏置电压下分别获得器件发生单粒子烧毁或栅穿效应的试验数据，即单粒子效应试验数据，单粒子效应试验数据包括器件电性能参数；

步骤二、将步骤一中的单粒子效应试验数据，以反向偏置电压为横坐标、器件电性能参数为纵坐标建立坐标系，并在坐标系中将反向偏置电压和对应的器件电性能参数在坐标系中描述出来；

也可以以反向偏置电压为纵坐标、电参性能数值为横坐标建立坐标系，其过程和效果是一样的；

步骤三、在步骤二的坐标系中标记出发生单粒子烧毁或栅穿效应时所对应的最小反向偏置电压及其电参数值对应的点，以及在未发生单粒子烧毁或栅穿效应时所对应的最大反向偏置电压及其电参数值对应的点；