氢气环境下栅控双极晶体管电离损伤缺陷演化行为研究

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1、硕士学位论文氢气环境下栅控双极晶体管电离损伤缺陷演化行为研究RESEARCHONIONIZATION-INDUCEDDEFECTSOFGATEDLATERALBIPOLARTRANSISTORINHYDROGENAMBIENT刘方圆哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V520.6学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文氢气环境下栅控双极晶体管电离损伤缺陷演化行为研究硕士研究生：刘方圆导师：李兴冀副教授申请学位：工学硕士学科：材料科学与工程所在单位：材料科学与工程

2、学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V520.6U.D.C:621.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONIONIZATION-INDUCEDDEFECTSOFGATEDLATERALBIPOLARTRANSISTORINHYDROGENAMBIENTCandidate：LiuFangyuanSupervisor：Prof.LiXingjiAcademicDegreeApplied

3、for：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialScienceandEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文以70keV低能电子和1MeV高能电子为辐照源，研究了氢气环境下栅控横向PNP型（G

4、LPNP）双极晶体管电离辐射损伤缺陷演化行为规律。采取原位测试电性能方法，并结合栅扫描技术（GS）、亚阈值扫描法(SS)、深能级瞬态谱(DLTS)及等温退火等手段，揭示了氢气对GLPNP型晶体管电离效应及退火效应的影响规律。试验结果表明，1MeV高能电子和70keV低能电子辐照对GLPNP型晶体管造成的电离损伤规律是基本一致的。1MeV高能电子和70keV低能电子辐照后，经氢气浸泡的GLPNP晶体管的电流增益退化更严重。通过综合对比分析GS、SS及DLTS测试结果表明，经过氢气浸泡的GLPNP型晶体管

5、在辐照过程中会产生更多的电离辐射损伤缺陷，这是由于氢气会促进辐照过程中GLPNP晶体管氧化物俘获正电荷及界面态陷阱的形成。在相同的电离吸收剂量条件下，与70keV电子辐照相比，1MeV电子辐照产生的氧化物俘获正电荷及界面态陷阱数量更多，对GLPNP晶体管造成的性能退化程度更严重。通过比较分析氧化物俘获正电荷和界面态陷阱浓度与少子寿命的内在联系可知，1MeV高能电子产生的电离辐射损伤缺陷会减小发射结和中性基区中的少子寿命，导致GLPNP晶体管的复合电流增加。少子寿命的减小主要基于两种原因：一是由于氧化物

6、俘获电荷在发射结表面累积，使空间耗尽区向发射极移动，导致少子寿命减小及复合电流增加；二是界面态数量的增加，会致使中性基区中少子寿命减小及复合电流增加。150℃等温退火试验表明，退火过程中的氢气可与界面态及氧化物俘获正电荷同时发生交互作用。在退火过程中氢气的存在促使GLPNP晶体管电离辐射诱导的氧化物俘获正电荷及界面态缺陷的恢复，加快GLPNP晶体管电流增益的恢复程度。关键词：栅控横向PNP双极晶体管；氢气；电离辐射损伤；退火效应；氧化物俘获正电荷；界面态-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstra

7、ctTheeffectofhydrogenonionizationdamagecausedby1MeVhigh-energyelectronsand70keVlow-energyelectronsisexaminedforgated-controlledlateralPNP(GLPNP)transistorsoakedinthehydrogen.ElectricalparametersofGLPNPtransistoraremeasuredin-situusingasemiconductorchara

8、cterizationsystem,combinedwithgatesweep(GS)technology,sub-thresholdsweep(SS)technology,deepleveltransientspectra(DLTS)andisothermalannealing.Basedontheaboveanalysis,theeffectofhydrogenonionizationdamageandannealingeffectofGLPNPtr