碳化硅 MOSFET 经总电离剂量辐照后的雪崩失效机制

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Avalanche Failure Mechanism of SiC MOSFETs After Total Ionizing Dose Irradiation

　　本简报报告了总电离剂量（TID）辐照对SiC MOSFET雪崩行为的影响。实验结果表明，经50 krad和100 krad TID辐照后，雪崩能量（E_av）分别降低了5.99%和13.83%，而阈值电压（V_TH）分别负移了34.14%和76.34%。微观分析与TCAD仿真结果均表明，雪崩电流从体二极管向MOS通道的转移是造成该退化现象的根本原因。由于辐照导致栅氧化层中正电荷积累，V_TH随辐照剂量增加而呈现负向漂移。因此，在雪崩期间，于固定栅极关断电压（V_GS_off）下完全关断MOS通道的余量减小，部分雪崩电流从体二极管被重新引导至相邻的MOS通道。由于SiC MOSFET的沟道迁移率较低，该电流转移会产生大量焦耳热，并沿通道路径引发温度急剧升高。最终，TID辐照后的SiC MOSFET在雪崩过程中会出现过早烧毁现象。该发现为太空应用中SiC MOSFET的可靠性评估和辐射加固提供了有益见解。