InP基HEMT輻照效應研究

《InP基HEMT輻照效應研究》是依託鄭州大學，由鐘英輝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：InP基HEMT輻照效應研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鐘英輝
• 依託單位：鄭州大學

項目摘要

InP基高電子遷移率電晶體（HEMT）是高頻毫米波技術的核心器件，對於國防航天和衛星雷達等空間套用極具潛力。針對InP基HEMT及積體電路在空間輻照環境中的廣泛套用，本項目將以InP基HEMT輻照效應和輻照退化等效模型為研究對象。主要研究內容包括：通過建立器件二維數值仿真模型，從理論上探索InP基HEMT輻照損傷機理並為輻照實驗提供理論依據；通過開展γ射線和質子兩種粒子類型的輻照損傷實驗，並結合ISE-TCAD和SRIM仿真軟體，系統分析InP基HEMT在不同輻照條件下的損傷和退化機理，提出有效的抗輻照加固措施；本項目提出基於SDD技術引入輻照敏感因子來描述輻照引起的非理想效應，建立緊湊的器件等效模型，反映輻照對器件交直流特性的影響，從而指導積體電路抗輻照冗餘性設計。本項目擬通過以上內容的研究，為推動InP基HEMT與電路模組在航空航天等空間領域的套用提供理論和試驗基礎。

結題摘要

InP基高電子遷移率電晶體（HEMT）是毫米波系統的核心器件，對於國防航天和衛星雷達等空間套用極具潛力。鑒於不可避免的空間輻照影響，資助項目進行了InP基HEMT輻照效應研究。主要研究內容包括：① 確定了位移效應誘生As受主空位的量子阱質子輻照損傷機制。隨著質子能量增加，異質結構誘生空位濃度先增加後減少。隨著質子劑量增加，誘生空位濃度線性增加。② 採用高斯解析摻雜模型和漸變格線策略建立了器件二維和三維結構，選取流體力學、密度梯度、高場遷移率退化等物理模型描述器件特性，仿真和實測數據擬合良好。③ 將表面態引入到載流子輸運方程中分析了對器件特性的影響。對能帶結構進行調控，增加了表面勢，使得溝道電流、跨導和頻率特性降低。④ 基於解析模型和仿真法計算了InAlAs和InGaAs材料中不同能量質子的非電離能量損失（NIEL）。隨著質子能量增加，NIEL先增加後減小，與誘生缺陷密度的變化趨勢一致。⑤ 基於泊松方程、電位移矢量連續性方程和高斯定理建立了器件電荷控制模型，並引入輻照誘生受主缺陷，計算了器件特性隨輻照劑量的變化關係。通過載流子去除效應使得溝道電子濃度下降，最終引起跨導和頻率特性的退化。⑥ 研究了不同角度質子對器件特性的影響。隨著入射角度增加，空位數和空位能損先緩慢增加而後急劇下降，跨導、截止電壓和溝道電流在30o時衰退最嚴重。⑦ 建立了器件小信號等效模型。引入輸出電導和漏端延遲因子來描述漏端電壓對溝道電流的影響。引入柵漏電阻描述柵漏電流。基於SDD模組建立了大信號模型，直流和交流特性擬合良好。⑧ 研究了Si3N4鈍化層厚度對器件性能的影響。隨著介質層厚度增加，輸出電導減小、截止電壓正向移動、跨導和溝道電流先增加後減小、頻率特性下降。開發了InGaAs高選擇性腐蝕和1.2 nm/次的InAlAs低速數字腐蝕相結合的柵槽腐蝕工藝，使得器件跨導和頻率特性大幅度提升。⑨ 製備了用於缺陷表征的肖特基樣品；⑩ 提出多摻雜外延結構、BCB鈍化和微波退火三種抗質子輻照加固方法，從而提高InP基HEMT抗質子輻照能力。