重离子引起的同步损伤对快速恢复二极管中单次事件烧毁现象的影响

《IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems》：Impact of Synchronous Damage Induced by Heavy Ions on Single-Event Burnout in Fast Recovery Diodes

　　

本文研究了高速恢复二极管（FRD）中沿离子轨迹产生的重离子同步损伤对单事件烧毁（SEB）的影响。实验结果表明，具有较高线性能量转移（LET）的重离子并不表现出显著较低的SEB电压，这与传统预测相反（传统预测认为SEB电压会随着LET的增加而降低）。为了阐明这一现象，对具有防热失效保护的样品进行了SEB实验，发现辐照后漏电流显著增加（增加了680倍），这表明可能存在沿离子轨迹的局部同步损伤，这种损伤可能会引入复合中心，从而在离子入射期间缩短有效载流子的寿命。基于这一观察结果，通过结合实验和3-D TCAD仿真来分析局部同步损伤在SEB中的作用。结果表明，同步损伤会缩短局部载流子的寿命，从而在离子入射期间增强复合现象，削弱雪崩倍增和电热正反馈效应。在高LET辐照下，更严重的同步损伤可能会增强局部载流子的漂移，部分抵消增加的瞬态载流子产生，导致SEB电压对LET的依赖性减弱。这些结果表明，在FRD的SEB分析中应考虑重离子引起的局部损伤，尤其是在高LET辐照条件下。这种机制也可能影响其他功率半导体器件的SEB，但其相关性需要进一步验证。

由于具有高电压能力、高电流能力以及高能量转换效率等优点，功率半导体器件被广泛用于电子系统，如航空航天系统和航空电子设备[1]、[2]、[3]。在这些应用中，功率半导体器件不可避免地会在复杂的辐射环境中工作，并且容易受到高能粒子的撞击，这可能会引发各种单事件效应（SEE），包括单事件翻转（SEU）、单事件锁存（SEL）、单事件栅极破裂（SEGR）和单事件烧毁（SEB）[4]、[5]、[6]。其中，SEB被认为是最严重的失效效应之一，因为它通常会导致功率半导体器件不可逆的灾难性损坏，已成为限制辐射环境中可靠运行的重要因素[7]、[8]、[9]。