质子辐照用于改善大功率快速晶闸管的特性

《质子辐照用于改善大功率快速晶闸管的特性》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、质子辐照用于改善大功率快速晶闸管的特性

2、第1内容显示中lunm额定容量为500A、1600V快速晶闸管的芯片。芯片的原始材料为中子颤变（NTD）硅片，晶向<111>，电阻率为65eV,4.7MeV,5.5MeV，5.9MeV,剂量从7´1010/cm2到1´1011/cm2变化。500)this.style.ouseg(this)">图1质子辐照的快速晶闸管的管芯Fig.1,ThepelletsoffastsadebyPERIforprotonirradiation500)this.style.ouseg(this)

3、">图2质子辐照后的少子寿命分布和晶闸管纵向结构Fig.2,Thecarrierlifetimeprofileandverticalstructureofthyristor2.2缺陷峰位置的测试和分析实验中，质子辐照在硅中形成的峰值缺陷位置是用扩展电阻（SRP）测试的。缺陷峰的典型宽度为10mm，缺陷峰值处的少子寿命最短，一般为原始少子寿命t0的二十五分之一，约为1ms。缺陷峰值浓度随着到表面距离的接近而逐步下降，最终到表面时浓度分布出现了一个平台。少子寿命的变化则相反。图2表示用剂量为1´1011/cm2能量为4.7MeV的质子辐照后，样

4、品中少子寿命的分布变化。用SRP测出最大缺陷峰位置距离硅片表面为170mm。在该缺陷峰中，少子寿命从原始值的25mS（未辐照值）下降到1ms（t1）。接近硅片表面时，少子寿命又回升到10ms。我们用TRIM模拟法模拟了质子辐照缺陷峰的位置[4]。表一给出了TRIM模拟的结果。与SRP实测的结果相比较，我们发现TRIM模拟的深度比实际测得的要深一些。如4.7MeV的SRP深度为170微米，但TRIM模拟的深度为195微米。尤其当质子能量较低时（能量低于3.7MeV）比实测的SRP深度要深的多。其原因可能是较厚的俘获膜对低能量质子有较强的阻挡能力之故。表一

5、TRIM模拟的质子辐照能量与辐照深度的关系Table1,TheirradiateddepthVSprotondepthbyTRIMsimulationinKERI能量（MeV）3.74.75.65.9深度（mm）1321952642882.3辐照缺陷的主要能级位置和寿命的依赖关系以前有人报道过对低电阻率制作的P－i－N二极管样品进行2.73MeV质子辐照并作300°C、8小时真空退火[5]，用双双深能级瞬态谱（DD－DLTS）发现了与碳有关的主要复合能级：在148K时的H缺陷，在175K时出现的E缺陷和205K时H缺陷。借助于电子辐照中的少子寿命和辐照

6、剂量的类似关系，质子辐照后缺陷峰中的少子寿命t1与原始寿命t0的关系可表示如下：……….(1)上式中，t0为辐照前的原始寿命，t1为辐照后峰值缺陷处的局部少子寿命。K与辐照能级及硅材料等相关，称为辐照损伤因子。f为质子辐照剂量。上式表明随着质子辐照剂量的增加，t1将大幅度下降。显然，在一定的额定阳极电流IF和擎住电流IH下，快速晶闸管的关断时间tq将随少子寿命t1的下降而减少，其关系式为：………………(2)2.4辐照晶闸管器件内载流子和缺陷分布图3给出了模拟的4.7MeV质子辐照后晶闸管通态载流子分布和复合率。可以看出，在缺陷最高峰的170mm附近，通

7、态载流子仅稍稍有所下降，可以预期4.7MeV质子辐照器件的通态电压VTM较低，其值与未辐照器件的通态电压基本相当。显然质子辐照的快速晶闸管将显示出良好的通态特性。500)this.style.ouseg(this)">图3,(a)质子辐照后器件的通态载流子分布(b)质子辐照的复合率的分布Fig.3(a)Thecarrierprofileaton-stateofthyristorbyprotonirradiation(b)Therebinationrateprofilebyprotonirradiation3实验结果及分析通过SRP实验确认，不同能量的质

8、子辐照在晶闸管的位置如表二。表二SRP实验确认的质子辐照缺陷峰的位置Table2,ThepeakdefectpositionmeasuredbySRP质子能量(MeV)SRP的缺陷峰深度(mm)缺陷峰在器件中的位置3.785靠近J2结4.7170位于N基区中央5.5240位于N基区中央后部近J1结5.9270位于J1结对辐照后的晶闸管的通态电压VTM，关断时间tq和正反向漏电流IDRM、IRRM等电特性进行了实测。结果表明，不同能量的质子辐照导致了元件电特性较大的变化。如表三所示，较低能量3.7MeV的辐照元件的关断时间tq最长，正向漏电流IDRM最大

9、，反向漏电流最小。高能量5.9MeV辐照的元件的关断时间虽最短，但它的正向通态电压VTM最大，