PDF《国产中高压抗辐照功率 MOSFET 单粒子效应》

100 V 高压母线阵列,出于对卫星电源控制和调节的目的,在新卫星的电 收稿日期:2015-07-01;

修回日期:2015-09-24 基金项目:国家自然科学基金资助项目(61204110);

中国科学院重点实验室基金资助项目(CXJJ-15S079)

144 太赫兹科学与电子信息学报 第14 卷 源系统中,不可避免地使用到一些大功率 MOSFET.由于采用了高压一次电源母线,这些器件相应地具有较高 的工作电压,所以在空间中遭受高能质子或者重离子轰击时,发生单粒子效应的可能性比采用低压一次电源母线 时高.这就要求功率 MOSFET 在额定电压尽可能高的同时,保证器件具有较高的抗单粒子水平.

1 实验方法 1.1 实验样品 实验样品采用抗辐射加固工艺研制的 N 沟功率 MOSFET,封装形式为 TO-254AA 和SMD-2.器件纵向结构 图如图

1 所示,典型参数特性指标如表

1 所示.额定电压

500 V 的KW5 型抗辐照功率 MOSFET 主要用于 DC-DC(Direct Current)模块, 额定电压

250 V 的KW2 型抗辐照功率 MOSFET 主要用于固态功率控制器(Solid State Power Controller,SSPC)模块. 1.2 实验条件 单粒子辐照试验在中科院兰州近物所的回旋加速器上 进行.入射粒子种类、能量、线性能量传输(Linear Energy Transfer,LET)值、射程如表

2 所示.注量率是(1*104 ~ 1*105 ) ions/(cm

2 ・s),总注量是(1*106 ~1*107 ) ions/cm2 .单粒 子辐照试验时,UGS 分别选取

0 V,-5 V,-10 V,-15 V,UDS 从100 V 开始逐渐增加,直到器件发生单粒子效应. 1.3 实验过程 按照 MIL_STD_750E-1080 单粒子烧毁与单粒子栅穿试验方法对功率 MOSFET 进行单粒子辐照试验.将包 含受试器件的电路板置于粒子束流中, 进行单粒子辐照试验, 辐照前测试器件的电参数. 包括 UGS(th),BUDSS,RDS(ON), IDSS(阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏极电流)等参数测试,确保受试器件合格.实验时,固定栅源电压,逐 渐增大漏源电压,直到发生单粒子效应或漏源电压等于额定电压;

变化栅源电压,继续按照上述步骤逐步增大漏 源电压.研制了 半导体功率器件单粒子效应测试系统 ,对受试器件栅、漏上的电压、电流进行实时监测.单 粒子辐照试验示意图如图

2 所示. 表2单粒子试验相关参数 Table2 The related parameters of radiation experiment ion species energy/MeV LET/(MeV・mg-1 ・cm2 ) range/μm Xe 868.29 65.1 64.7 Bi 682.50 99.0 43.3 Fig.2 Schematic diagram of single event effect irradiation experiments 图2单粒子辐照实验示意图 power supply control board ion beams control PC test board irradiation devices remote control PC 表1受试器件主要静态参数指标要求 Table1 Electrical characteristics of the devices under test sample types UGS(th)/V BUDSS/V RON/? IDSS/A IGSS/A KW5 2-4 ≥500 ≤0.6 ≤2.5*10-5 ≤1*10-7 KW2 2-4 ≥250 ≤0.03 ≤2.5*10-5 ≤1*10-7 Fig.1 Cross-section views of the power MOSFET structure 图1功率 MOSFET 纵向结构剖面图 source oxide layer gate n- epitaxial layer drain n+ substrate 第1期高博等: 国产中高压抗辐照功率 MOSFET 单粒子效应

145 2 试验结果 在注量率 1*104 ions/(cm

2 ・s),总注量 1*106 ions/cm2 条件下对 KW5 型抗辐射功率 MOSFET 进行单粒子辐照 试验时,器件在不同栅偏置条件时发生单粒子效应如下:在UGS=0 V, UDS=420 V 时,发生单粒子效应;

在UGS=-5 V, UDS=420 V 时,发生单粒子效应;

在UGS=-10 V, UDS=420 V 时,发生单粒子效应;

在UGS=-15 V, UDS=420 V 时, 发生单粒子效应.在栅压