增强型GaN HEMT器件5 MeV质子辐照试验研究

TN386; 氮化镓器件凭借优异的性能在抗辐照应用领域备受关注,为探究不同结构的氮化镓器件抗质子辐照能力,开展了对增强型Cascode级联结构和P-GaN栅结构GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件的5 MeV质子辐照试验,分析器件电学特性退化规律,并明确其质子辐照效应损伤机制.试验发现,质子辐照注量越大,Cascode结构器件阈值电压负漂越严重,同时饱和漏极电流增加越显著,当质子注量大于1×1013 p?cm-2时,器件电学特性退化程度开始降低.对于P-GaN栅结构GaN HEMT而言,辐照后电学特性退化规律与Cascod...

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Published in核技术 Vol. 47; no. 12; pp. 95 - 102
Main Authors 邱一武, 董磊, 殷亚楠, 周昕杰
Format Journal Article
LanguageChinese
Published 中国电子科技集团公司第五十八研究所 无锡 214035 01.12.2024
Subjects
损伤机制
Electrical characteristics
增强型GaN HEMT器件
电学特性
Low frequency noise
Damage mechanism
质子辐照
低频噪声
Enhancement-mode GaN HEMTs
Proton-irradiation
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ISSN0253-3219
DOI10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.120503

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Summary:TN386; 氮化镓器件凭借优异的性能在抗辐照应用领域备受关注,为探究不同结构的氮化镓器件抗质子辐照能力,开展了对增强型Cascode级联结构和P-GaN栅结构GaN高电子迁移率晶体管(High Electron Mobility Transistor,HEMT)器件的5 MeV质子辐照试验,分析器件电学特性退化规律,并明确其质子辐照效应损伤机制.试验发现,质子辐照注量越大,Cascode结构器件阈值电压负漂越严重,同时饱和漏极电流增加越显著,当质子注量大于1×1013 p?cm-2时,器件电学特性退化程度开始降低.对于P-GaN栅结构GaN HEMT而言,辐照后电学特性退化规律与Cascode结构器件截然相反,且退化程度明显小于Cascode结构器件,表明增强型Cascode结构器件对质子辐照更加敏感.结合低频噪声测试,发现随辐照注量的增加,Cascode结构器件噪声功率谱密度先增加后保持稳定,其变化规律与电学特性退化情况相吻合.分析认为,5 MeV质子辐照诱导发生电离损伤使Cascode结构器件内部级联的Si基金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor,MOSFET)栅氧化层产生了更多的氧化物陷阱电荷与界面态陷阱电荷,是Cascode结构器件对质子辐照敏感的主要原因.研究结果对GaN功率器件加固设计和航天应用器件选型具有一定的参考价值.
ISSN:0253-3219
DOI:10.11889/j.0253-3219.2024.hjs.47.120503