功率MOSFET抗SEB能力的二維數值模擬
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
2．2 MOSFET抗SEB能力優(yōu)化仿真的物理模型
SEB的物理機制和實(shí)驗結果都表明，功率MOSFET的SEB效應與其寄生晶體管VQ1的導通以及隨后器件的二次擊穿特性有重要關(guān)系，而與入射粒子的種類(lèi)和劑量無(wú)直接關(guān)系，重離子的輻射只是一種觸發(fā)機制。因此，在SEB模型的建立中，可以將入射粒子的影響近似為它所引發(fā)的等離子體絲流在源極PN結上的偏壓。文獻通過(guò)將背柵短路的p源極和n源極分開(kāi)，串聯(lián)不同的接觸電阻(Rp和Rn)來(lái)表征這種思想，如圖2所示，并經(jīng)實(shí)驗研究和仿真驗證了該方案的可行性。同時(shí)指出，器件的抗SEB能力直接由器件的二次擊穿特性決定。二次擊穿的電流和電壓越高，器件抗SEB能力越好。在此借鑒這種思想，通過(guò)器件仿真，明確緩沖層在抗SEB效應中的作用，給出一種三緩沖層的優(yōu)化結構。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/177788.htm
器件仿真中采用了濃度溫度相關(guān)載流子遷移率模型、SRH復合模型、Auger復合模型以及碰撞離化和禁帶變窄模型，暫未考慮熱效應。為了更接近實(shí)際情況，采用IR 600VN的結構，分別取接觸電阻Rp=2．5kΩ，Rn=250Ω。
3 緩沖層提高抗SEB能力的作用
3．1 無(wú)緩沖層
首先對普通無(wú)緩沖層MOSFET進(jìn)行了器件仿真，仿真結果如圖3所示，由圖可見(jiàn)，器件的靜態(tài)I-V特性存在3個(gè)拐點(diǎn)。
(1)A點(diǎn)對應正常PN結擊穿，此時(shí)漂移區完全耗盡，空間電荷區載流子濃度近似為本征激發(fā)濃度，p-body／n-drift界面處電場(chǎng)最大，達到臨界擊穿值，如圖3b，c所示；
(2)隨著(zhù)漏電流Id的增加，漂移區載流子濃度增加，n-drift／n+-sub高低結附近出現電子積累，該處電場(chǎng)增強，直到電子和空穴的濃度達到背景摻雜濃度，此時(shí)漂移區承受的電壓達到最高，為B點(diǎn)。Id繼續增大，漂移區載流子濃度繼續增高，“耗盡層”收縮，電子積累層展寬，漂移區電場(chǎng)降低，器件承受的電壓下降，出現“負阻區”。B點(diǎn)電流為負阻轉折臨界電流IB，該電流越大，進(jìn)入二次擊穿需要的臨界輻照強度越高，器件抗SEB能力越強。IB是表征器件抗SEB能力的一個(gè)重要標志；
(3)當Id增加到一定程度，n-drift／n+-sub高低結附近電場(chǎng)達到臨界擊穿電場(chǎng)，發(fā)生二次擊穿，這就是C點(diǎn)。若C點(diǎn)電壓Uc高于器件反向阻斷時(shí)的工作電壓，則器件受輻照后不會(huì )誘發(fā)二次擊穿。因此Uc的高低，也是表征器件抗SEB能力的物理量，Uc越高，器件抗SEB能力越強。改善器件抗輻照能力，就是通過(guò)提高IB和Uc來(lái)實(shí)現。
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