单能快中子在硅功率UMOSFET中引起的单次事件效应

《IEEE Transactions on Device and Materials Reliability》：Single-Event Effects Induced by Monoenergetic Fast Neutrons in Silicon Power UMOSFETs

本研究通过实验和计算比较了UMOSFET与DMOSFET在单能快中子诱发的单粒子效应中的差异，发现UMOSFET因提前的雪崩倍增效应更易引发单粒子烧毁，影响其在地球辐射环境下的可靠性。

　　

摘要：

沟槽栅极或U型沟槽MOSFET（UMOSFET）作为一种半导体器件已在全球范围内得到广泛应用，逐渐在许多应用中取代了传统的垂直双扩散MOSFET（DMOSFET）。评估UMOSFET在中子辐射作用下的可靠性对于理解其对普遍存在的大气中子的影响至关重要。本研究通过实验和计算方法，对比了单能快中子在UMOSFET和DMOS功率晶体管中引起的单事件效应。实验结果表明，与额定性能相似的DMOSFET相比，UMOSFET更容易出现粒子诱导的雪崩倍增效应，这在地面辐射环境下可能导致破坏性辐射效应，例如单事件烧毁（Single-Event Burnout）。

引言

垂直双扩散MOSFET（DMOSFET）传统上用于功率电子领域，已知会受到辐射引起的非破坏性和破坏性单事件效应（Single-Event Effects, SEE）的影响。非破坏性单事件效应主要包括单事件瞬变（Single-Event Transient, SET）[1]。破坏性单事件效应包括单事件烧毁（Single-Event Burnout, SEB）和单事件栅极断裂（Single-Event Gate Rupture, SEGR），这两种效应都可能由重离子[2][3][4]在太空中引起，或者由中子[5]在地面环境中引起。目前，沟槽栅极或U型沟槽MOSFET（UMOSFET）已在许多应用中取代了DMOSFET技术，成为全球使用最广泛的半导体器件之一[6]。与DMOSFET相比，UMOSFET具有更低的导通电阻和更低的栅极电荷、更高的高频开关能力以及更高的外延电流均匀性，并且可以实现更高的晶体管单元密度[6][7][8][9]。图1展示了DMOS和UMOS的结构示意图。图1。

代表性（a）垂直双扩散MOSFET（DMOSFET）和（b）U型沟槽MOSFET（UMOSFET）的半细胞横截面