开展不同温度下碳化硅(SiC)金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)总剂量效应研究。采用 60 Coγ射线对三款国内外生产的 SiC MOSFET器件进行总剂量辐照试验, 获得器件阈值电压、击穿电压、导通电阻、漏电流等参数分别在 25 ℃,100 ℃,175 ℃下的辐射损伤特性, 比较器件在不同温度下辐照后器件的退化程度。仿真实验结果表明, 不同器件的阈值电压、静态漏电流以及亚阈特性等辐射损伤变化都表现出对环境温度的敏感性, 而导通电阻、击穿电压等则相对不敏感。此外 SiC MOSFET总剂量辐射响应特性对环境温度的敏感性, 还随生产厂家的不同而呈现明显差异性。分析认为, 在其他条件相同情况下, 器件的阈值电压、静态漏电等参数的退化程度随着辐照温度的升高而降低, 主要是由于高温辐照时器件发生隧穿退火效应引起。

研究了γ射线辐照对130 nm部分耗尽(Partially Depleted, PD)绝缘体上硅(Silicon on Insulator, SOI)工艺MOS器件栅氧经时击穿(Time-Dependent Dielectric Breakdown, TDDB)寿命的影响。通过测试和对比辐照前后NMOS和PMOS器件的转移特性曲线、阈值电压、关态泄漏电流以及TDDB时间等电参数, 分析了γ射线辐照对PD-SOI MOS器件TDDB可靠性的影响。结果表明: 由于γ射线辐照在栅极氧化层中产生了带正电的氧化物陷阱电荷, 影响了器件内部势垒的分布, 降低了电子跃迁的势垒高度, 导致了电子遂穿的正反馈作用增强, 从而缩短了器件栅氧化层经时击穿时间, 最终造成器件栅极氧化层的可靠性下降。

对商用三极管和MOS场效应晶体管进行了不同环境温度下的总剂量辐照实验, 对比了不同辐照温度对这两种器件辐射效应特性的影响。实验结果表明, 对于同一辐照总剂量, 三极管的基极电流、电流增益和MOS场效应晶体管的阈值电压漂移值都随着辐照温度的不同而存在较大的差异。总剂量为100 krad, 辐照温度分别为25, 70, 100 ℃时, NPN三极管的电流增益倍数分别衰减了71, 89和113, 而NMOS晶体管的阈值电压VT分别减少了3.53, 2.8, 2.82 V。

为了考核FPGA器件空间使用时的抗辐射能力, 对Altera SRAM型FPGA器件60Co γ辐照后的总剂量辐射损伤效应及退火效应进行了研究。通过不同模块实现相同的分频功能, 比较了不同模块输出波形随总剂量、退火时间的变化关系; 通过实现不同源程序所需的模块不同, 比较了不同模块、不同源程序功耗电流随总剂量、退火时间的变化关系。分析了功耗电流在不同退火温度下恢复的原因, 讨论了不同退火温度下功耗电流恢复幅度的差异。测量了输出端口的高低电平, 分析了高低电平随总剂量、退火时间的变化关系。实验结果表明: 氧化物正电荷的退火导致了不同退火温度下的功耗电流的恢复, 并且浅能级亚稳态的氧化物正电荷的数量多于深能级氧化物正电荷的数量;随着退火时间的增加,功能恢复为突变过程, 而功耗电流的恢复为渐变过程。