氮化鎵基高電子遷移率晶體管單粒子和總劑量效應的實驗研究*

陳睿 梁亞楠 韓建偉2) 王璇2) 楊涵2)陳錢2) 袁潤杰2) 馬英起2) 上官士鵬

1) (中國科學院國家空間科學中心， 北京 100190)

2) (中國科學院大學， 北京 100049)

利用重離子加速器和60Co γ射線實驗裝置， 開展了p型柵和共柵共源級聯結構增強型氮化鎵基高電子遷移率晶體管的單粒子效應和總劑量效應實驗研究， 給出了氮化鎵器件單粒子效應安全工作區域、總劑量效應敏感參數以及輻射響應規律.實驗發現， p型柵結構氮化鎵器件具有較好的抗單粒子和總劑量輻射能力， 其單粒子燒毀閾值大于37 MeV·cm2/mg， 抗總劑量效應水平高于1 Mrad (Si)， 而共柵共源級聯結構氮化鎵器件則對單粒子和總劑量輻照均很敏感， 在線性能量傳輸值為22 MeV·cm2/mg的重離子和累積總劑量為200 krad (Si)輻照時， 器件的性能和功能出現異常.利用金相顯微鏡成像技術和聚焦離子束掃描技術分析氮化鎵器件內部電路結構， 揭示了共柵共源級聯結構氮化鎵器件發生單粒子燒毀現象和對總劑量效應敏感的原因.結果表明，單粒子效應誘發內部耗盡型氮化鎵器件的柵肖特基勢壘發生電子隧穿可能是共柵共源級聯結構氮化鎵器件發生源漏大電流的內在機制.同時發現， 金屬氧化物半導體場效應晶體管是導致共柵共源級聯結構氮化鎵器件對總劑量效應敏感的可能原因.

1 引 言

隨著空間衛星、深空探測等航天技術的不斷發展， 對于耐高溫、大功率、小型化、適應極端輻射環境的電源系統需求日益明顯[1-4].氮化鎵(GaN)基功率器件作……