氢对3DG110晶体管1 MeV电子辐照损伤的影响

摘要

双极晶体管具有优异的电流驱动能力、线性度、低噪声以及优良的匹配特性，是构成双极集成电路的基本单元，在航天器上有广泛的应用，且极易受到空间辐射环境的影响。为此本文选用3DG110双极晶体管为研究对象，基于1 MeV电子辐照，采用电性能测试、深能级缺陷分析(DLTS)及等温退火三种方法，开展了氢气环境下双极晶体管辐射效应及损伤机理的研究，揭示了氢对3DG110双极晶体管1 MeV电子辐照损伤的影响。
　　辐照试验结果表明，随着1 MeV电子辐照注量的增加，双极晶体管的电流增益逐渐退化。其中，基极电流随辐照注量逐渐增加而增加，而集电极电流随辐照注量增加而减小。基于辐照后的DLTS测试结果表明，1 MeV电子辐照会在3DG110晶体管内同时产生电离损伤缺陷和位移损伤缺陷，且与电离损伤缺陷相比，位移损伤缺陷的浓度较小。对比分析氢气处理前后晶体管的电性能和辐射损伤缺陷信号可知，氢气处理会导致晶体管内产生更多的电离辐射损伤缺陷，而对位移辐射损伤缺陷的影响不大，从而加剧了辐照过程中晶体管内氧化物俘获正电荷及界面态陷阱的形成，导致晶体管辐照损伤更加严重。因此，氢气处理过的晶体管在电子辐照条件下辐照损伤均较大。
　　等温退火研究发现，随着退火温度的增加，双极晶体管辐射损伤的退火速度明显加快。但是，与氢气处理后的晶体管相比，未进行氢气处理的晶体管在110℃和150℃的退火速率相差不大。通过DLTS测试结果可知，在相同退火温度下，随退火时间的增加，氧化物电荷缺陷信号的峰值逐渐下降，所对应的温度坐标逐渐减小；界面态缺陷信号的峰值逐渐增加，所对应的温度坐标逐渐增大。位移缺陷信号的峰值和温度均不发生变化。对比辐照前有无氢气处理的晶体管退火结果可知，辐照前经氢气处理的晶体管中的电离缺陷及电性能的退火速率均较快。与真空退火相比，110℃下氢气气氛抑制了晶体管氧化物电荷及界面态陷阱的退火，而150℃下氢气气氛则促进了晶体管电离缺陷的退火。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 双极晶体管辐射效应研究

1.3 双极晶体管退火效应研究

1.4 本文的主要研究内容

第2章 试验器件及分析测试方法

2.1 试验器件

2.2 辐照试验

2.3 浸泡氢气试验

2.4 退火试验

2.5 电性能分析方法

2.6 深能级瞬态谱分析方法

第3章 双极晶体管1 MeV电子辐照损伤效应研究

3.1 辐射损伤对3DG110晶体管电性能的影响

3.2 辐射损伤对3DG110晶体管缺陷行为的影响

3.3 3DG110晶体管辐照损伤机理研究

3.4 本章小结

第4章 双极晶体管的退火效应研究

4.1 未进行氢气处理的双极晶体管的退火效应

4.2 氢气处理的双极晶体管的退火效应

4.3 辐照前未进行氢气处理的晶体管氢气氛围内退火效应

4.4 3DG110晶体管退火效应机理分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢