半導體晶體管電路設計須知（一）

2 電子輻照實(shí)驗

　　電子輻照能在硅中引入多種深能級， 這些能級將根據其在禁帶中的位置， 對電子空穴俘獲截面的大小以及能級密度的大小等均對非平衡載流子的復合起貢獻， 從而引起少子壽命、載流子濃度的降低，因此影響了與少子壽命有關(guān)的一些參數， 如晶體管的開(kāi)關(guān)時(shí)間、電流放大系數( hFE )等。

　　實(shí)驗中我們把未經(jīng)封裝的功率雙極晶體管APT13003E 圓片分為四組， 其中第一組作為對照組， 不做輻照處理， 其余三組經(jīng)過(guò)10M eV 的電子輻照， 輻照劑量分別為5 kGy、10 kGy、15 kGy, 輻照完成后， 經(jīng)過(guò)200℃2 h的高溫退火處理， 然后四組圓片經(jīng)過(guò)封裝后成為成品。表1是四組晶體管的FT測試結果。

　　表1 四組APT13003E 的FT測試結果

　　從表1中我們可以看到， 經(jīng)過(guò)輻照后， 儲存時(shí)間ts 隨著(zhù)輻照劑量的增大有很大幅度的減小， 下降時(shí)間tf 有所減小， 上升時(shí)間tr 有所增加; 電流放大系數隨著(zhù)輻照劑量的增加而下降; 飽和壓降和擊穿電壓HBVceo隨輻照劑量的增大而增大。

　　3 系統測試結果

　　將四組不同的APT13003E 開(kāi)關(guān)晶體管放入同一個(gè)使用BCD半導體公司研發(fā)的AP3765充電器系統中， 該充電器的功率是3W, 輸入交流電壓范圍是85V ~ 264 V, 輸出直流電壓是5 V.圖3所示為85 V、115 V、230 V 和264 V 交流輸入電壓下， 使用電子輻照后的APT13003E 與常規的APT13003E在輸出負載電流分別是0. 15 A、0. 30 A、0. 45 A、0. 60 A(即25%、50%、75%、100%負載)下的系統平均效率增加值。

　　圖3 電子輻照后的APT13003E與常規的APT13003E在各個(gè)交流輸入電壓下系統平均效率增加百分比

　　從圖3 中可以看到， 在較低的交流輸入電壓(如85 V和115 V )下， 使用輻照后的APT13003E比使用未輻照的APT13003E 系統效率都有所提高， 而在較高交流輸入電壓下(如230 V 和264 V )， 輻照后的APT13003E 未能使系統效率提高。在85 V 交流輸入電壓下， 輻照劑量為10 kGy 的APT13003E的性能最好， 開(kāi)關(guān)晶體管的總損耗由0. 209W 降低到0. 121W, 降低了42% , 使得系統整體效率提高了2. 1% , 若該開(kāi)關(guān)晶體管采用TO - 92封裝， 這將使開(kāi)關(guān)晶體管的結溫降低約11 ℃ ; 在115 V交流電壓下， 系統的整體效率也提高了約1. 4%, 開(kāi)關(guān)晶體管的結溫將降低約7℃, 這就有效地提高開(kāi)關(guān)晶體管的可靠性， 降低了開(kāi)關(guān)電源的損耗。

　　當輻照劑量進(jìn)一步增加到15 kGy后， 系統效率提高的幅度反而降低， 因此要獲得最佳的系統效率，需要采用最合適的輻照劑量。

　　我們對85 V 和264 V 交流輸入電壓， 輸出電流為0. 45 A 條件下四組APT13