质子辐照对InP/InGaAsHBTs电学特性的影响

摘要

异质结双极型晶体管(HBTs)以其独特的优势越来越受到人们的关注。相较于其他HBTs，InP/InGaAs HBTs具有如下的优势：InGaAs基区具有更高的电子迁移率，集电区具有更高的饱和漂移速度，InP衬底具有更高的热导率和更低的表面复合速度。由于具有以上优势，InP/InGaAs HBTs被广泛地应用在空间电子系统中，特别是高速高频电子系统。这些应用在空间中的电子系统面临着复杂的辐照环境，质子是空间辐照环境中一种主要的辐射粒子，质子辐照会对InP/InGaAs HBTs的电学特性造成严重的影响，因此研究InP/InGaAs HBTs的质子辐照效应十分有必要。
　　本文分别对于InP/InGaAs异质PN结和InP/InGaAs HBTs两种器件结构，进行了质子束流为0.027nA/cm2?s、辐照能量为3MeV和10MeV、辐照剂量为1×1011、5×1011、1×1012、5×1012p/cm2的质子辐照实验。在分析了异质结双极型晶体管(HBT)工作的物理机制和质子辐照损伤机制的基础上，对质子辐照引起的InP/InGaAs HBTs电流增益衰退给出了解释。
　　对于InP/InGaAs异质PN结器件我们进行了辐照前后的I-V测试和不同测试频率的C-V测试。结果显示：质子辐照之后，InP/InGaAs异质PN结的正向和反向电流都增大了，并且这种变化随着质子辐照剂量的增大而更加明显；该器件的势垒电容增大了。基于变频C-V的测试结果，我们求解了该器件的界面态密度，结果显示：相同辐照能量条件下界面态密度随着质子辐照剂量的增加而变大，相同辐照剂量条件下低能量的质子辐照造成了更大的界面态密度。
　　对于InP/InGaAs HBTs器件我们进行了辐照前后的输出特性和Gummel特性的测试。测试结果显示：质子辐照后器件的共发射电流增益降低了，具体来说，在相同的质子辐照能量条件下，器件的电流增益衰退随着质子辐照剂量的增加而更严重；相同的质子辐照剂量条件下，低能量(3MeV)的质子辐照会造成更为严重的器件电流增益衰减。Gummel测试结果表明器件电流增益衰退是质子辐照引起基极电流增大造成的。
　　本文基于解析模型求解了质子在InP和InGaAs中的非电离能量损失(NIEL)，计算结果很好地解释了不同能量的质子辐照引起InP/InGaAs HBTs不同的电流增益衰退。为了解释不同剂量的质子辐照引起的不同的实验结果，本文进行了SRIM仿真，结果表明：相同能量条件下随着质子辐照剂量的增加，质子引起的空位密度增加，从而很好的解释了不同剂量引起的器件不同的电流增益衰退。

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第一章 绪论

1.1 本文研究意义

1.2 国内外研究现状及存在问题

1.3 本文结构

第二章 辐照基本概念与异质结双极型晶体管(HBTs)物理机制

2.1 空间辐照环境

2.2 辐照碰撞机制

2.3 辐照损伤机制

2.4 辐照分类

2.5 辐照对HBTs器件的损伤

2.6 异质结双极型晶体管(HBTs)物理机制

2.7 本章小结

第三章 InP/InGaAs异质PN结结构的质子辐照研究

3.1 InP/InGaAs异质PN结器件结构及基本参数

3.2 InP/InGaAs异质PN结结构的质子辐照实验

3.3 实验结果及分析

3.4 界面态密度的计算

3.5 本章小结

第四章InP/InGaAs HBTs的质子辐照研究

4.1InP/InGaAs HBTs的质子辐照研究

4.2 非电离能量损失NIEL的计算

4.3 SRIM仿真

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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