SiC JBS二极管和SiC MOSFET的空间辐照效应及机理

作者：张鸿; 郭红霞^*; 顾朝桥; 柳奕天; 张凤祁; 潘霄宇; 琚安安; 刘晔; 冯亚辉

来源：太赫兹科学与电子信息学报, 2022, 20(09): 884-896.

• 碳化硅结型肖特基二极管
• 碳化硅场效应晶体管
• 单粒子烧毁
• 计算机辅助设计
• 总剂量效应
• 位移损伤效应

基于第六代650 V碳化硅结型肖特基二极管(SiC JBS Diode)和第三代900 V碳化硅场效应晶体管(SiC MOSFET)，开展SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。20～80 MeV质子单粒子效应实验中，SiC功率器件发生单粒子烧毁(SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生，辐照后SEB器件的击穿特性完全丧失。SiC功率器件发生SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具(TCAD)开展SiC MOSFET的单粒子效应仿真，结果表明，重离子从源极入射器件时，具有更短的SEB发生时间和更低的SEB阈值电压。栅-源拐角和衬底-外延层交界处为SiC MOSFET的SEB敏感区域，强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。SiC MOSFET在栅压偏置(UGS=3 V,UDS=0 V)下开展钴源总剂量效应实验，相比于漏压偏置(UGS=0 V,UDS=300 V)和零压偏置(UGS=UDS=0 V)，出现更严重的电学性能退化。利用中带电压法分析发现，栅极偏置下氧化层内的垂直电场提升了陷阱电荷的生成率，加剧了阈值电压的退化。中子位移损伤会导致SiC JBS二极管的正向电流和反向电流减小。在漏极偏置下进行中子位移损伤效应实验，SiC MOSFET的电学性能退化最严重。该研究为空间用SiC器件的辐射效应机理及抗辐射加固研究提供了一定的参考和支撑。

• 单位
  西北核技术研究所; 湘潭大学