針對總劑量效應4H-SiC功率器件的加固設計方法
電子技術應用
王金龍1，孫鍇2
1.中國科學院大學 集成電路學院；2.中國科學院微電子研究所
摘要： 介紹了總劑量效應對4H-SiC功率器件的影響以及對應的加固方案。首先介紹了4H-SiC功率器件的電氣特性以及工作時面臨的輻照環境。接著根據輻射對器件特性的影響，識別輻射缺陷，并建立了退化機制。然后，分析了單極性器件和雙極性器件的輻照的特性。最后，針對器件在輻照環境中的退化機理，分別從工藝、器件結構、版圖與電路方面提出了加固設計方法。
中圖分類號：TN402 文獻標志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245686
中文引用格式： 王金龍，孫鍇. 針對總劑量效應4H-SiC功率器件的加固設計方法[J]. 電子技術應用，2025，51(2)：29-35.
英文引用格式： Wang Jinlong，Sun Kai. Reinforcement design method for 4H-SiC power devices targeting total dose effect[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(2)：29-35.
中文引用格式： 王金龍，孫鍇. 針對總劑量效應4H-SiC功率器件的加固設計方法[J]. 電子技術應用，2025，51(2)：29-35.
英文引用格式： Wang Jinlong，Sun Kai. Reinforcement design method for 4H-SiC power devices targeting total dose effect[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(2)：29-35.
Reinforcement design method for 4H-SiC power devices targeting total dose effect
Wang Jinlong1，Sun Kai2
1.College of Integrated Circuits， University of Chinese Academy of Sciences； 2.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences
Abstract： This article introduces the impact of total dose effect on 4H-SiC power devices and corresponding reinforcement schemes. Firstly, the electrical characteristics of 4H-SiC power devices and the radiation environment they face during operation were introduced. Then, based on the impact of radiation on device characteristics, radiation defects were identified and degradation mechanisms were established. Next, the irradiation characteristics of unipolar and bipolar devices were analyzed. Finally, reinforcement design methods were proposed from the aspects of process, device structure, layout, and circuit to address the degradation mechanism of devices in irradiation environments.
Key words : 4H-SiC；TID；circuit reinforcement
引言
SiC作為寬禁帶半導體材料，與傳統半導體材料Si相比具有更高的電子遷移率、更高的擊穿電場、更高的熱導率和更低的介電常數等優點。近幾年來SiC逐漸取代Si材料成為耐高溫、高壓、低功耗和更高的開關速度的優異材料。在SiC功率器件逐漸取代Si器件的趨勢下，其應用越來越廣泛，這意味著其需要在各種各樣的環境下穩定工作，因此惡劣環境下的可靠性研究至關重要。SiC功率器件在航天方面的應用越來越多，然而在太空環境下由于有大量的宇宙射線，宇宙射線會射入半導體材料中積累大量的電荷，產生總劑量效應導致器件功能下降甚至失效，因此在輻照環境下研究半導體器件的可靠性至關重要。市場上出現了新型 SiC 功率元件：結勢壘肖特基(JBS)二極管和場效應晶體管（MOSFET）、結型場效應晶體管(JFET)和PiN二極管，然而，有關其抗輻射性的信息非常缺乏。因此本文來探究其抗輻射的原理。4H-SiC材料與傳統的Si材料的特性比較如表1所示[1]。
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作者信息：
王金龍1，孫鍇2
（1.中國科學院大學 集成電路學院，北京 100029；
2.中國科學院微電子研究所，北京 100029）
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