中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管辐照感生缺

设计并制作了一种新型双极测试结构,即在常规横向pnp双极晶体管基区表面氧化层上淀积一栅电极,通过扫描栅极所加电压,获得漏极(集电极)电流随栅极电压的变化特性,利用中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管 在辐照过程中感生的氧化物陷阱电荷和界面陷阱电荷.本文对设计的晶体管测试结构和采用 的测试方法做了具体介绍.     

栅控横向PNP双极晶体管基极电流峰值展宽效应及电荷分离研究

为了对双极器件在电离辐射环境下的损伤机理及加固技术进行深入的研究,对设计制作的不同工艺类型的栅控横向PNP双极晶体管进行了60Co-γ低剂量率辐照试验.结果表明:1)栅控双极晶体管的辐射特性具有很强的工艺相关性,钝化层的存在对于双极晶体管的辐射响应具有很大影响,有钝化层的器件在电离辐射环境中会产生更多的界面态,其抗辐射能力大大减弱;2)针对国产栅控横向PNP晶体管在低剂量率辐照时会发生峰值电流展宽效应,文中对展宽效应潜在机理进行了分析,并针对展宽效应提出了新的分离方法.这不但对设计抗辐射加固器件提供了依据,而且为进一步深入研究双极器件的低剂量率辐射损伤增强效应提供了强有力工具.     

基区表面势对栅控横向PNP晶体管中子位移损伤的影响

通过在常规横向PNP晶体管基区表面氧化层上淀积栅电极,制作了可以利用栅极偏置调制基区表面势的栅控横向PNP晶体管。对无栅极偏置电压和偏置电压分别为-10 V和10 V的栅控横向PNP晶体管,在西安脉冲反应堆上开展注量为21012, 41012, 61012, 81012,11013 cm-2的中子辐照实验,研究基区表面势的增加和降低对栅控横向PNP晶体管中子位移损伤退化特性的影响。研究结果表明,基区表面势的增加引起栅控横向PNP晶体管共射极电流增益倒数的变化量随辐照中子注量的退化速率增加,基区表面势的降低对位移损伤退化速率无明显影响。     

10kV绝缘栅双极型晶体管固体开关的研制

采用8只IXLF19N250A绝缘栅双极型晶体管串联研制成功了10kV固体开关。试验表明:该固体开关最高输出电压为14kV，最高输出脉冲电流为20A、输出脉冲宽度可在2~112μs之间以1μs步长变化，脉冲重复频率范围为1Hz~4kHz，短时间可以工作到8.6kHz。     

10kV绝缘栅双极型晶体管固体开关的研制

 采用8只IXLF19N250A绝缘栅双极型晶体管串联研制成功了10kV固体开关。试验表明：该固体开关最高输出电压为14kV，最高输出脉冲电流为20A、输出脉冲宽度可在2~112μs之间以1μs步长变化，脉冲重复频率范围为1Hz~4kHz，短时间可以工作到8.6kHz。     

基于栅控横向PNP双极晶体管的氢氛围中辐照损伤机制

为了研究氢气与辐射感生产物之间的作用关系,以栅控横向PNP双极晶体管为研究对象,分别开展了氢气氛围中浸泡后的辐照实验和辐照后氢气氛围中退火实验,结果表明:氢气进入双极晶体管后会使其辐照损伤增强,并且未浸泡器件辐照后在氢气中退火也会使晶体管辐射损伤增强.基于栅扫描法分离的辐射感生产物结果表明,氢气进入晶体管会使得界面陷阱增多,氧化物陷阱电荷减少,主要原因是氢气进入氧化层会与辐射产生的氧化物陷阱电荷发生反应,产生氢离子,从而使界面陷阱增多.基于该反应机理,建立了包含氢气反应和氢离子产生机制的低剂量率辐照损伤增强效应数值模型,模型仿真得到的界面陷阱及氧化物陷阱电荷面密度数量级和变化趋势均与实验结果一致,进一步验证了氢气在双极器件中辐照反应机理的正确性,为双极器件辐照损伤机制研究和在氢氛围中浸泡作为低剂量率辐射损伤增强效应加速评估方法的建立提供了参考和理论支撑.     

Si_3N_4钝化层对横向PNP双极晶体管电离辐射损伤的影响机理

航天器中电子器件在轨服役期间,会遭受到空间带电粒子及各种射线的辐射环境的显著影响,易于造成电离辐射损伤.本文采用60Coγ射线辐照源,针对有/无Si_3N_4钝化层结构的横向PNP型(LPNP)双极晶体管,开展了电离辐射损伤效应及机理研究.利用KEITHLEY 4200-SCS半导体参数测试仪测试了LPNP晶体管电性能参数(包括Gummel特性曲线和电流增益等).采用深能级瞬态谱分析仪(DLTS),对辐照前后有/无Si_3N_4钝化层结构的LPNP晶体管的电离缺陷进行测试.研究结果表明,在相同吸收剂量条件下,与无Si_3N_4钝化层的晶体管相比,具有Si_3N_4钝化层的LPNP晶体管基极电流退化程度大,并且随吸收剂量的增加,电流增益退化更为显著.通过DLTS分析表明,与无Si_3N_4钝化层的晶体管相比,有Si_3N_4钝化层的晶体管辐射诱导的界面态能级位置更接近于禁带中心.这是由于制备Si_3N_4钝化层时引入了大量的氢所导致,而氢的存在会促使辐射诱导的界面态能级位置更接近于禁带中心,复合率增大,从而加剧了晶体管性能的退化.     

绝缘栅双极晶体管串联应用中暂态均压特性

采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值,并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析,发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性,在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。     

绝缘栅双极晶体管串联应用中暂态均压特性

采用金属球隙放电的方式模拟了负载短路时的暂态过程。通过引线自感公式计算法和电路状态分析法估算脉冲放电回路的杂散电感数值,并采用传统RCD均压网络的绝缘栅双极晶体管串联链进行各元件参数差异下的蒙特卡罗仿真分析,发现影响串联链暂态均压特性的关键元件是栅极稳压二极管和动态均压电容。因此为了提高这类拓扑结构的串联链的可靠性,在筛选元件时要尤其注意栅极稳压二极管的限幅保持一致。     

基于1/f噪声的NPN晶体管辐照感生电荷的定量分离

本文针对NPN双极性晶体管, 在研究辐照感生的氧化层电荷及界面态对晶体管基极电流和1/f噪声的影响的基础上, 建立辐照感生氧化层电荷及界面态与基极电流和1/f噪声的定量物理模型. 根据所建立的模型, 提出一种新的分离方法, 利用1/f噪声和表面电流求出氧化层电荷密度, 利用所求得氧化层电荷密度和表面电流求出界面态密度. 利用本方法初步实现了辐照感生氧化层电荷及界面态的定量计算.     

绝缘栅双极晶体管串联关键技术

为实现绝缘栅双极晶体管（IGBT）的多级串联,以电阻/电容/二极管（RCD）缓冲电路为动态均压电路,通过数学分析及PSpice仿真验证,建立了RCD缓冲电路参数选择模型;设计了基于数字信号处理器（DSP）控制、光纤隔离传输,以M57962L为IGBT驱动器的驱动电路及故障反馈电路,能驱动32只串联IGBT并对其进行过流和短路保护,32只IGBT的最大导通时间不超过90 ns,短路保护响应时间约为6 s;设计了8路独立输出的50 kV隔离的高压隔离电源,实现IGBT串联电路各部分的供电及电隔离。基于以上IGBT串联方法,实现了32只1200 V IGBT的串联,串联电路可稳定工作在20 kV电压下。     

A high voltage silicon-on-insulator lateral insulated gate bipolar transistor with a reduced cell-pitch

A high voltage( 600 V) integrable silicon-on-insulator(SOI) trench-type lateral insulated gate bipolar transistor(LIGBT) with a reduced cell-pitch is proposed.The LIGBT features multiple trenches(MTs):two oxide trenches in the drift region and a trench gate extended to the buried oxide(BOX).Firstly,the oxide trenches enhance electric field strength because of the lower permittivity of oxide than that of Si.Secondly,oxide trenches bring in multi-directional depletion,leading to a reshaped electric field distribution and an enhanced reduced-surface electric-field(RESURF) effect.Both increase the breakdown voltage(BV).Thirdly,oxide trenches fold the drift region around the oxide trenches,leading to a reduced cell-pitch.Finally,the oxide trenches enhance the conductivity modulation,resulting in a high electron/hole concentration in the drift region as well as a low forward voltage drop(Von).The oxide trenches cause a low anode-cathode capacitance,which increases the switching speed and reduces the turn-off energy loss(Eoff).The MT SOI LIGBT exhibits a BV of 603 V at a small cell-pitch of 24 μm,a Von of 1.03 V at 100 A/cm-2,a turn-off time of 250 ns and Eoff of 4.1×10?3 mJ.The trench gate extended to BOX synchronously acts as dielectric isolation between high voltage LIGBT and low voltage circuits,simplifying the fabrication processes.     

偏置条件对NPN及PNP双极晶体管电离辐射损伤的影响研究

本文采用低能电子辐照源对NPN及PNP晶体管进行辐照试验. 在辐照试验过程中, 针对NPN及PNP晶体管发射结施加不同的偏置条件, 研究偏置条件对NPN及PNP晶体管辐射损伤的影响. 使用Keithley 4200-SCS半导体特性测试仪在原位条件下测试了双极晶体管电性能参数随低能电子辐照注量的变化关系. 测试结果表明, 在相同的辐照注量条件下, 发射结反向偏置时双极晶体管的辐照损伤程度最大; 发射结正向偏置时双极晶体管的辐照损伤程度最小; 发射结零偏时双极晶体管的辐照损伤程度居于上述情况之间. 关键词： 双极晶体管 低能电子 电离辐射     

A dual-gate and dielectric-inserted lateral trench insulated gate bipolar transistor on a silicon-on-insulator substrate

In this paper, a novel dual-gate and dielectric-inserted lateral trench insulated gate bipolar transistor (DGDI LTIGBT) structure, which features a double extended trench gate and a dielectric inserted in the drift region, is proposed and discussed. The device can not only decrease the specific on-resistance Ron,sp , but also simultaneously improve the temperature performance. Simulation results show that the proposed LTIGBT achieves an ultra-low on-state voltage drop of 1.31 V at 700 A·cm-2 with a small half-cell pitch of 10.5 μm, a specific on-resistance R on,sp of 187 mΩ·mm2,and a high breakdown voltage of 250 V. The on-state voltage drop of the DGDI LTIGBT is 18% less than that of the DI LTIGBT and 30.3% less than that of the conventional LTIGBT. The proposed LTIGBT exhibits a good positive temperature coefficient for safety paralleling to handling larger currents and enhances the short-circuit capability while maintaining a low self-heating effect. Furthermore, it also shows a better tradeoff between the specific on-resistance and the turnoff loss, although it has a longer turnoff delay time.     

高频电容器充电电源绝缘栅双极晶体管吸收电路

 高频化是提升电源功率密度的有效方法。为了保护高频电容器充电电源中的开关器件,以串联谐振式电容器充电电源为基础,研究了绝缘栅双极晶体管(IGBT)尖峰电压的产生机理及影响因素。介绍了几种抑制尖峰电压的方法,着重分析了IGBT吸收电路的基本原理,并进行了参数设计。结合仿真软件,对吸收电路的参数进行了优化,将仿真结果和40 kW,50 kHz电容器充电电源样机的实验结果进行对比,验证了提出方案的可行性。     

高频电容器充电电源绝缘栅双极晶体管吸收电路

高频化是提升电源功率密度的有效方法。为了保护高频电容器充电电源中的开关器件,以串联谐振式电容器充电电源为基础,研究了绝缘栅双极晶体管(IGBT)尖峰电压的产生机理及影响因素。介绍了几种抑制尖峰电压的方法,着重分析了IGBT吸收电路的基本原理,并进行了参数设计。结合仿真软件,对吸收电路的参数进行了优化,将仿真结果和40 kW,50 kHz电容器充电电源样机的实验结果进行对比,验证了提出方案的可行性。     

Comparison of total dose effects on SiGe heterojunction bipolar transistors induced by different swift heavy ion irradiation

The degradations in NPN silicon-germanium （SiGe） heterojunction bipolar transistors （HBTs） were fully studied in this work, by means of 25-MeV Si, 10-MeV C1, 20-MeV Br, and 10-MeV Br ion irradiation, respectively. Electrical parameters such as the base current （IB）, current gain （β）, neutral base recombination （NBR）, and Early voltage （VA） were investigated and used to evaluate the tolerance to heavy ion irradiation. Experimental results demonstrate that device degradations are indeed radiation-source-dependent, and the larger the ion nuclear energy loss is, the more the displacement damages are, and thereby the more serious the performance degradation is. The maximum degradation was observed in the transistors irradiated by 10-MeV Br. For 20-MeV and 10-MeV Br ion irradiation, an unexpected degradation in Ic was observed and Early voltage decreased with increasing ion fluence, and NBR appeared to slow down at high ion fluence. The degradations in SiGe HBTs were mainly attributed to the displacement damages created by heavy ion irradiation in the transistors. The underlying physical mechanisms are analyzed and investigated in detail.