雙極電晶體電離和位移協同效應特徵及機理研究

《雙極電晶體電離和位移協同效應特徵及機理研究》是依託哈爾濱工業大學，由李興冀擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：雙極電晶體電離和位移協同效應特徵及機理研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李興冀

項目摘要

雙極電晶體是太空飛行器上廣泛套用的重要電子器件，在模擬或混合積體電路及BiCMOS電路中有著重要的作用。雙極電晶體對電離和位移效應均較為敏感，深入研究其在質子和電子綜合作用下產生電離和位移協同效應的特徵與機理具有重要的理論和實際意義。迄今，國內外主要在單因素輻照下研究雙極電晶體的電離效應和位移效應，而對質子和電子綜合輻照時電離效應和位移效應之間的互動作用研究較少。這在很大程度上限制了人們對雙極電晶體輻射損傷機理的認識，也不利於對其在空間輻射環境下性能退化進行量化表征。本項目擬在低能質子和電子綜合輻照的基礎上，基於電性能退化表征、輻照後退火效應分析及深能級瞬態譜測試三種途徑，揭示NPN型及PNP型電晶體產生電離和位移協同效應的基本特徵與機理，建立雙極電晶體電離和位移協同效應損傷物理模型。所得研究結果可為雙極器件抗輻射性能最佳化及在軌電性能退化評價提供理論依據。

結題摘要

雙極電晶體是太空飛行器上廣泛套用的重要電子器件，在模擬或混合積體電路及 BiCMOS 電路中有著重要的作用。雙極電晶體對電離和位移效應均較為敏感，深入研究其在質子和電子綜合作用下產生電離和位移協同效應的特徵與機理具有重要的理論和實際意義。本項目以雙極電晶體為研究對象，選取電子、質子、Co-60 射線及重離子作為輻照源，研究了雙極電晶體電離效應、位移效應及其協合效應的特點和電性能退化規律。基於電性能退化表征、輻照後退火效應分析及深能級瞬態譜測試三種途徑，揭示NPN型及PNP型電晶體產生電離和位移協同效應的基本特徵與機理。所得研究結果可為雙極器件抗輻射性能最佳化及在軌電性能退化評價提供理論依據。 研究結果表明，不同種類的輻照源輻照時，NPN和PNP型雙極電晶體的電性能參數呈現類似的變化趨勢，器件類型對電性能參數變化趨勢的影響不大。電離輻射損傷條件下，雙極電晶體的電性能參數退化隨輻照注量逐漸趨於飽和。基於深能級瞬態譜(DLTS)分析結果可知，電離輻射損傷會在雙極電晶體集電區產生類深能級缺陷信號，在NPN型電晶體集電區表現為多子俘獲陷阱，在PNP型電晶體集電區表現為少子俘獲陷阱。位移和電離/位移協合輻射損傷時，雙極電晶體的電性能隨輻照注量持續退化，未見飽和趨勢。位移輻射損傷在雙極電晶體集電區中產生的深能級缺陷以多子俘獲陷阱為主。 重離子或低能質子與低能電子的綜合輻照試驗表明，雙極電晶體電離損傷對位移損傷起退火和加劇兩種作用機制。DLTS測試結果表明，當低能電子輻照注量較小時，有利於低能電子產生的電離損傷使重離子位移輻射缺陷信號部分恢復，導致雙極電晶體的電流增益逐漸恢復；當低能電子注量較大時，低能電子電離輻射損傷效應增強，促進重離子位移輻射缺陷濃度明顯增加和電流增益衰降。 在等時退火過程中，經不同類型粒子輻照後的電晶體電性能參數隨著退火溫度的升高均逐漸恢復。當退火溫度達到700K時，NPN和PNP型雙極電晶體的電性能參數均可恢復至輻照前的水平。隨著退火溫度的升高，電離輻射損傷缺陷濃度逐漸降低。對於位移輻射損傷，退火溫度較低時(<550K)，隨著退火溫度的升高，能級較深的缺陷濃度逐漸降低，而能級較淺的缺陷濃度逐漸升高；退火溫度較高時(>550K)，隨退火溫度的升高，輻照缺陷濃度均逐漸降低。