GPNP晶体管电离/位移协同效应研究

摘要

本文以GPNP晶体管为研究对象，基于40MeV Si离子和Co60源单因素辐照及顺序辐照，系统地研究了位移效应、电离效应及电离/位移协同效应的基本特征和损伤机理。在不同Si离子辐射注量和γ辐射剂量条件下，通过原位测试电性能的退化规律分析缺陷的演化特征，揭示GPNP晶体管在不同辐照条件下的辐射效应机理。
　　试验结果表明，GPNP晶体管在40MeV Si离子辐照下，损伤主要是由于基区硅体内位移缺陷导致的。硅体内位移缺陷增加了载流子的体复合，导致基极电流发生较大的升高，使得电流增益下降。GPNP晶体管在高剂量率电离辐射下，损伤主要是由发射极-基极空间电荷区产生氧化物电荷和界面态导致的。界面态提高表面复合率，降低电流增益，而氧化物电荷起抑制界面态的作用。在这两种电离缺陷共同作用下，晶体管电流增益损伤随电离辐射剂量的增加而增加。GPNP晶体管在低剂量率电离辐射下，损伤也是由发射极-基极空间电荷区产生的氧化物电荷和界面态导致的。低剂量率电离辐射时产生的界面态数量增加，而电离辐射剂量较高时氧化物电荷逐渐回复，这使得GPNP晶体管呈现低剂量率电离辐射损伤增强效应。
　　基于Si离子和γ射线顺序辐照试验研究GPNP晶体管的电离/位移协同效应，发现后续电离缺陷的产生会受到已有位移缺陷的影响，同时已有位移缺陷也会受电离辐射的影响而发生退火。无论在高剂量率电离辐射还是低剂量率电离辐射，初始位移辐射都会抑制后续电离辐射初期的氧化物电荷产生速率。位移缺陷能加速后续高剂量率电离辐射时界面态的产生，抑制低剂量率电离辐射对界面态产生的加强作用。晶体管中的位移缺陷能够通过减小电离辐射剂量率对界面态产生的影响来减轻低剂量率损伤增强效应。
　　低剂量率增强效应和电离/位移协同效应均是空间用抗辐射双极器件在轨辐射效应研究上十分受关注的问题，而目前国内外在此方面上的研究还不够充分。本文基于GPNP晶体管宏观电性能和微观缺陷变化，对以上两种辐射效应进行了细致的研究，此结果将对优化抗辐射双极器件设计和测试方法起到一定的指导作用。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 双极器件的位移损伤研究

1.3 双极器件的电离效应研究

1.4 位移损伤与电离损伤的协同效应

1.5 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 辐照试验方法

2.3 电性能测试方法

2.4 栅扫描测试方法

第3章 GPNP型双极晶体管的位移效应研究

3.1 晶体管经40MeV Si离子辐照后电性能变化规律

3.2 晶体管经40MeV Si离子辐射后的栅扫描分析

3.3 本章小结

第4章 GPNP型双极晶体管的电离效应研究

4.1 高剂量率γ射线辐照GPNP晶体管的电离效应研究

4.2 低剂量率γ射线辐照GPNP晶体管的电离效应研究

4.3 剂量率对晶体管电离效应的影响

4.4 本章小结

第5章 GPNP型晶体管的电离/位移协同效应研究

5.1 晶体管的电性能变化规律

5.2 位移缺陷对氧化物电荷的影响

5.3 位移缺陷对界面态的影响

5.4 电离辐射增强位移缺陷退火

5.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢