NPN型晶体管辐射损伤及退火效应研究

摘要

本文采用低能质子和电子作为辐照源，研究了NPN双极型晶体管(3DG112D)在辐照过程中的性能退化规律。电流增益是双极型晶体管的电性能参数中关键的参数,其衰减是双极型晶体管最显著同时也是最典型的辐射损伤效应。
　　本文中除研究双极型晶体管电流增益随辐照注量的变化外，还在辐照试验完成后，研究了电流增益随退火时间、温度、偏置条件的变化规律。
　　研究表明，在相同的辐照源种类、粒子能量及通量条件下，NPN型晶体管电性能参数随着辐照注量的不断增加而加剧；当晶体管受到110和70keV电子辐照，70keV质子辐照时，其电流增益的倒数随辐照注量的增加而增加且逐渐趋于饱和状态；当晶体管受到170keV质子辐照时其电流增益的倒数随辐照注量的增加而增加且呈线性关系；当170keV与110keV电子同时辐照时，位移损伤效应起了主导作用，而电离效应会对加剧位移损伤的影响。
　　退火试验结果表明，等温退火时，NPN型晶体管电性能随退火时间的增加逐渐恢复。等时退火时，温度越高，NPN型晶体管电性能的退火效应越明显。在退火过程中，发射结反偏，会加速NPN型晶体管的电性能恢复；而发射结正偏的影响较小。不同种类辐照源对退火效应的影响也不相同。低能电子对NPN型晶体管造成的电离损伤在较低温度(低于300℃)就能完全恢复，而由低能质子造成损伤则需要较高的温度(500℃)才能有明显的恢复效果。

目录

NPN型晶体管辐射损伤及退火效应研究

RESEARCH ON RADIATION AND ANNEALING EFFECTS OF NPN TRANSISTORS

摘 要

Abstract

结 论

绪论

1.1 　课题背景和意义

1.2 　空间辐射环境

1.3 　双极型晶体管的结构特点

1.4 　辐射效应

1.4.1 　带电粒子辐射与物质的相互作用

1.4.2 　电离辐射效应

1.4.3 　位移损伤效应

1.5 　国内外研究概况

1.5.1 　空间搭载研究

1.5.2 　数值模拟研究

1.5.3 　地面试验研究

1.6 　研究目的及内容

第2章 　试验器件及试验方法

2.1 　试验器件

2.2 　电学参数测试

2.3 　试验辐照源

2.3.1 　低能电子源辐照

2.3.2 　低能质子源辐照

2.4 　试验装置

2.4.1 空间辐照环境地面模拟设备

2.4.2 试验测试装置

第3章 　NPN型晶体管辐照性能退化规律

3.1 　NPN型晶体管辐照损伤

3.1.1 　IC-VCE特征曲线的退化

3.1.2 　Gummel曲线的退化

3.1.3 　饱和电压的退化

3.2 　NPN型晶体管电流增益退化规律

3.2.1 　电流增益随集电极电流的变化关系

3.2.2 　电流增益随辐照注量的变化关系

3.2.3 　质子与电子同时辐照对电流增益的影响

3.3 　NPN型晶体管辐照损伤机理分析

3.3.1 　辐射吸收剂量计算

3.3.2 　晶体管电流增益退化

3.3.3 　双极型晶体管位移损伤机制

3.3.4 　双极型晶体管电离损伤机制

3.3.5 　同时辐照对晶体管电流增益影响机制

3.4 　本章小结

第4章 　NPN型晶体管辐照退火效应

4.1 　等温退火规律

4.1.1 　电子辐照后等温退火规律

4.1.2 质子辐照后等温退火规律

4.2 　等时退火规律

4.2.1 　电子辐照后等时退火规律

4.2.2 　质子辐照后等时退火规律

4.3 　偏置对退火效应的影响

4.4 　退火效应机理分析

4.4.1 　电离损伤

4.4.2 　位移损伤

4.5 　本章小结

结论

参考文献

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致 谢