功率UMOSFET高功率微波损伤效应及其加固方法研究

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文功率ＵＭＯＳＦＥＴ高功率微波损伤效应及其加固方法研究硕士研究生：方君鹏指导教师：王颖教授学科、专业：电子科学与技术论文主审人：刘云涛副教授哈尔滨工程大学２０１７年２月分类号：密级：1UDC：编号：1工学硕士学位论文功率UMOSFET高功率微波损伤效应及其加固方法研究硕士研究生：方君鹏指导教师：王颖教授学位级别：工学硕士学科、专业：电子科学与技术所在单位：信息与通信工程学院论文提交日期：2017年12月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学Clas

2、sifiedIndex:U.D.C:AThesisfortheDegreeofM.EngResearchonNovelStructureofPowerUMOSFETagainstHigh-PowerMicrowaveRadiationCandidate:FangJunpengSupervisor:Prof.WangYingAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ElectronicScienceandTechnologyDateofSubmission:Dec.2017DateofOr

3、alExamination:Mar.2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要近年来，脉冲功率技术迅速发展。借助各种脉冲功率手段产生的高功率微波（High-PowerMicrowave,HPM）使得当前的电磁环境面临日益恶化的严重威胁。电磁环境的日益复杂也使得电子系统和电子设备之中的功率半导体器件更容易受到HPM的干扰和毁伤。因此开展功率器件的HPM损伤效应研究具有重要的实际应用意义。目前在抗辐射微纳电子学领域，功率UMOSFET的HPM损伤效应与机理、HPM损伤敏感参数以及抗HPM损伤效应的加固技术等方面

4、的研究很少，因此亟待开展相关工作以应对新的挑战。本文主要研究了分裂栅增强型功率UMOSFET（Split-GateEnhancedUMOSFET,SGE-UMOSFET）的HPM损伤效应和抗辐射加固两个方面的问题。以典型的普通SGE-UMOSFET为研究对象，采用理论分析与数值模拟相结合的方法，系统地研究了器件在HPM作用下的损伤效应和损伤机理，并且据此提出了基于P+源区扩展的抗HPM损伤效应器件加固新结构。与此同时，基于平衡器件基础电学特性和可靠性的考虑，提出了具有双层PN结的抗HPM损伤效应器件加固新结构。最后对新器件的结构参数进行了优化设计。本文

5、的主要研究内容概括如下：首先，建立了HPM感应电压的数学模型。对普通SGE-UMOSFET的HPM损伤效应与机理进行了系统地研究，揭示了功率UMOSFET在HPM作用下器件性能的改变及其物理根源，研究结果表明：在HPM作用下，器件永久性烧毁损伤是由器件内部寄生BJT触发形成大电流密度所造成的。为器件抗HPM辐射加固提供了理论研究基础和参考依据。其次，根据普通SGE-UMOSFET的HPM损伤机理，提出了基于P+源区扩展的抗HPM损伤效应器件加固新结构，并且对比分析了两个器件抗HPM辐射的能力。研究结果表明，新器件可以有效地抑制器件内部寄生BJT的开启，

6、大幅提升了器件抗HPM辐射的性能。最后，基于平衡器件基础电学特性和可靠性的考虑，提出了具有双层PN结的抗HPM损伤效应器件加固新结构，并且对比分析了两个器件的基础电学性能和抗HPM辐射的能力。研究结果表明，由于分裂栅结构的改变，新器件的击穿电压和导通电阻都得到了改善。通过对比分析两个器件内部电场强度、电流密度和温度的分布，证明了新器件抗HPM辐射的性能更加优越。新器件不但大幅改善了器件的基础电学特性，还显著提升了器件抗HPM辐射的能力。关键词：功率UMOSFET；高功率微波（HPM）；抗辐射加固；基本电学特性ABSTRACTWiththerapidde

7、velopmentofpulsepowertechnology,High-PowerMicrowave(HPM)generatedbyvariouspulsepowermethodsmakesthecurrentelectromagneticenvironmentfaceaseriousthreatofworsening.Theincreasingcomplexityoftheelectromagneticenvironmentalsomakesthepowersemiconductordevicesinelectronicsystemsandelec

8、tronicdevicesmorevulnerabletoHPMinterferenceand