星用功率MOSFET器件单粒子烧毁试验研究

额定1.2kV碳化硅功率VDMOS的两种抗单粒子效应的加固模拟仿真摘要：为了得到具有抗单粒子效应的VDMOSFET，首先本文针对单粒子效应中的单粒子烧毁效应(SEB)和单粒子栅穿效应（SEGR）进行模拟仿真。

通过半导体工艺软件Silvaco TCAD对结构改进，得到了在两种不同的单粒子效应下，分别采用增加缓冲层和加固栅氧化层厚度的方式进而加固器件。

关键词：VDMOSFET；单粒子效应（SEE）；加固；碳化硅1 引言随着国内外航天技术的迅速发展，越来越多的国家开始关注卫星寿命，目前电子器件的稳定性和可靠性可能会直接影响到在轨卫星的性能和工作寿命。

在2012年以Zerarka为主的团队以数值仿真的方式对超结VDMOSFET的SEB效应进行细致研究，但目前对于碳化硅VDMOSFET的SEB缺少相关报道[1]。

碳化硅材料有着禁带宽度大的特点，这使得碳化硅半导体材料可以在高温或者高辐射的环境下正常工作[2]。

同时相比于硅材料，碳化硅半导体器件拥有更高的临界击穿电场，是硅半导体临界击穿电场的十倍以上，临界击穿电场关系着半导体器件的耐压能力[3]。

并且碳化硅具有良好的热导率和散热效率，使得功率器件工作时能量可以迅速以热能散去，防止器件由于温度过高而失效，从而使器件可以更好的在高温条件下工作。

VDMOS状态下，其中高能重离子入射进入半导体器件后会在其入射轨道上产生很高的能量，并在其中产生大量具有极高密度的电子空穴对，当电子空穴对在高能粒子入射轨道上发生聚集、积累后将会改变整个器件的工作状态，导致器件失效[4]。

通过在VDMOSFET的漂移区和高掺杂的衬底之间增加一个缓冲层，或增加槽栅底部的栅氧化层厚度即可以对重离子进入半导体器件起到减缓作用。

当高能粒子入射器件时，器件处于关断状态即漏压较大栅压为0[5]。

大量的电子空穴对汇聚在高能粒子的运动轨迹上，如图1所示：当沟道p型掺杂区有着高能粒子入射后此时会有大量的电子空穴对在pp+区产生，图1粒子入射示意图在双重作用下，产生瞬发电流，当pp+区的横向电压达到0.7V时，使寄生BJT的发射结处于导通正偏置状态[6]。

第38卷第5期原子能科学技术Vol.38,No.5　2004年9月Atomic Energy Science and TechnologySep.2004MOSFET 功率管器件单粒子烧毁效应(SEB)截面测量李志常1,李淑媛1,刘建成1,曹　洲2,杨世宇2(11中国原子能科学研究院核物理研究所,北京　102413;21中国航天科技集团公司五院510所,甘肃兰州　730000)摘要:对MOSFET 功率管进行了16O 、35Cl 、79Br 离子及高剥离态127I 离子的单粒子烧毁(SEB )效应截面测量,得到了SEB 截面相对于线性能量转移(L ET )值的曲线。

对两种类型10片MOSFET 功率管器件的SEB 截面进行了测量。

研究了器件在不同工作条件下,如不同的漏源电压V DS 和栅源电压V GS 条件下的SEB 效应。

在相同条件下,127I 的SEB 截面比79Br 的高近两个量级。

关键词:高剥离态;单粒子烧毁;注量率中图分类号:TL81715 文献标识码:A 文章编号:100026931(2004)0520395204Measurements of the Cross Sectionsof the Single Event Burnout(SEB)for the Pow er MOSFETL I Zhi 2chang 1,L I Shu 2yuan 1,L IU Jian 2cheng 1,CAO Zhou 2,YAN G Shi 2yu 2(1.China Institute of A tomic Energy ,P.O.Box 275210,Beijing 102413,China ;2.A irspace Group Corporation of China ,5th Institute ,P.O.Box 94,L anz hou 730000,China )Abstract :　The experimental details for measurements of the single event burnout (SEB )cross section of power MOSFET are described in case of ions irradiation of 16O ,35Cl ,79Br ,and highly stripped charge state ion 127I ,therefore the curves of the SEB cross section vs.linear energy transfer (L ET )values were obtained.The measurements of the SEB cross section for 10pieces devices of two types were carried out.The laws of the SEB at the different drain 2source voltage V DS and different grid 2source voltage V GS were demonstrated.The SEB cross section for 127I is higher than for 79Br by two orders of magnitude nearly at same condition.K ey w ords :highly stripped charge state ;single event burnout ;irradiation dose rate收稿日期:2003209209;修回日期:2004202204基金项目:国家自然科学基金资助项目(A050401);武器装备预研基金资助项目(51411050701HZ0101)作者简介:李志常(1940-),男,湖北武汉人,研究员,核物理专业 MOSFET 功率管器件是卫星中的关键器件之一,常用作二次电源的功率开关管。

第 41 卷第 2 期航 天 器 环 境 工 程Vol. 41, No. 2 2024 年 4 月SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING225 https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544FinFET器件单粒子翻转物理机制研究评述王仕达1，张洪伟2,1*，唐 民1，梅 博1，孙 毅1（1. 中国空间技术研究院，北京 100094； 2. 国防科技大学 计算机科学与技术学院，长沙 410073）摘要：鳍式场效应晶体管（FinFET）器件由于其较高的集成度以及运算密度，已成为未来航天应用领域的重要选择。

FinFET器件的辐射敏感性与其制作工艺和工作条件息息相关。

为了解FinFET器件的单粒子翻转（SEU）敏感机制，文章结合国内外开展的相关研究，从SEU机理出发，分析了器件特征尺寸、电源电压和入射粒子的线性能量传输（LET）值等不同条件对器件SEU敏感性的影响，最后结合实际对FinFET器件SEU的研究发展方向进行展望。

关键词：鳍式场效应晶体管；单粒子翻转；软错误率；静态随机存取存储器中图分类号：TN386; V416.5文献标志码：A文章编号：1673-1379(2024)02-0225-09 DOI: 10.12126/see.2023146Review on the physical mechanisms of single event upset of FinFET devicesWANG Shida1, ZHANG Hongwei2,1*, TANG Min1, MEI Bo1, SUN Yi1(1. China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China; 2. College of Computer Science and Technology,National University of Defense Technology, Changsha 410073, China)Abstract: Fin field-effect transistor (FinFET) devices have become an important choice for future space applications due to their high integration and high computational density. The radiation sensitivity of FinFET devices is closely related to their fabrication processes and operating conditions. To understand the single event upset (SEU) sensitivity mechanism of FinFET devices, a number of relevant researches conducted both domestically and abroad were reviewed in this article. Based on the SEU machanism, the influence of different operating conditions such as the feature size of FinFET devices, the power supply voltage, and the linear energy transfer (LET) values of incident particles on the SEU susceptibility of FinFETs were analyzed. Finally, an outlook on the research direction for SEUs of FinFET devices based on practical applications was provided.Keywords: FinFET; single event upset (SEU); soft error rate (SER); SRAM收稿日期：2023-09-19；修回日期：2024-04-16引用格式：王仕达, 张洪伟, 唐民, 等. FinFET器件单粒子翻转物理机制研究评述[J]. 航天器环境工程, 2024, 41(2): 225-233 WANG S D, ZHANG H W, TANG M, et al. Review on the physical mechanisms of single event upset of FinFET devices[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2024, 41(2): 225-2330 引言随着集成电路产业的持续发展，以平面金属−氧化物−半导体场效应晶体管（MOSFET）器件为主体的半导体集成电路已达其物理极限。