基于第六代 650 V碳化硅结型肖特基二极管 (SiC JBS Diode)和第三代 900 V碳化硅场效应晶体管 (SiC MOSFET), 开展 SiC功率器件的单粒子效应、总剂量效应和位移损伤效应研究。 20~80 MeV质子单粒子效应实验中, SiC功率器件发生单粒子烧毁 (SEB)时伴随着波浪形脉冲电流的产生, 辐照后 SEB器件的击穿特性完全丧失。 SiC功率器件发生 SEB时的累积质子注量随偏置电压的增大而减小。利用计算机辅助设计工具 (TCAD)开展 SiC MOSFET的单粒子效应仿真, 结果表明, 重离子从源极入射器件时, 具有更短的 SEB发生时间和更低的 SEB阈值电压。栅 -源拐角和衬底 -外延层交界处为 SiC MOSFET的 SEB敏感区域, 强电场强度和高电流密度的同时存在导致敏感区域产生过高的晶格温度。 SiC MOSFET在栅压偏置 (UGS =3 V,UDS =0 V)下开展钴源总剂量效应实验, 相比于漏压偏置 (UGS =0 V,UDS =300 V)和零压偏置 (UGS =UDS =0 V), 出现更严重的电学性能退化。利用中带电压法分析发现, 栅极偏置下氧化层内的垂直电场提升了陷阱电荷的生成率, 加剧了阈值电压的退化。中子位移损伤会导致 SiC JBS二极管的正向电流和反向电流减小。在漏极偏置下进行中子位移损伤效应实验, SiC MOSFET的电学性能退化最严重。该研究为空间用 SiC器件的辐射效应机理及抗辐射加固研究提供了一定的参考和支撑。

仿真研究了300 V抗辐射功率VDMOS器件在不同缓冲层浓度、不同LET值下单粒子烧毁(SEB)效应的温度特性。结果表明, SEB的温度特性与LET值相关, LET值较小时(0.1 pC/μm), SEB电压呈正温度系数特性; LET值较大时(1 pC/μm), SEB电压呈负温度系数特性。重点分析了1 pC/μm LET时离化强度大的条件下SEB电压的碰撞电离分布和晶格温度分布, 分析发现, 功率VDMOS颈区JFET/P阱的pn结是SEB效应薄弱点, 这得到了实验结果的验证。本模型计算的结果表明, 当LET值大、器件工作温度高时, 功率VDMOS器件的单粒子烧毁风险最大。该项研究结果为抗辐射加固功率VDMOS器件的应用提供技术参考。

设计了一种在线测试系统，用于监测垂直双扩散金属-氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)器件在单粒子试验中的单粒子效应。简述了实验原理，从偏置设计与波形获取及仪器控制与远程监测多个方面详细论述了测试系统的硬件结构；给出了软件的设计流程及测试系统的操作界面。最后应用该自动测试系统开展了试验，结果表面该系统稳定可靠，便携易用。

利用有源传输线模型与漂移-扩散模型的耦合计算模型，对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型N+-p-n-N+结构的双极晶体管负载的毁伤效应与规律进行研究，通过分析双极晶体管内部晶格温度分布，判定是否处于毁伤状态，总结双极晶体管烧毁时间和烧毁所需能量与脉冲X射线脉冲宽度和注量之间的关系。结果表明: 随着脉冲X射线脉宽增加，双极晶体管烧毁能量变化较小，烧毁时间逐渐增加; 随着注量增加，烧毁时间逐渐降低，在5.86 J/cm2以下时，烧毁所需能量基本相同，之后呈指数逐渐增加，并通过曲线拟合得到损伤规律的经验公式。

利用实验室自主开发的二维半导体器件-电路联合仿真器对RS触发器在核电磁脉冲注入下的烧毁情况进行研究，发现烧毁发生在RS触发器内n沟道增强型MOSFET栅极和漏极之间的沟道内。RS触发器烧毁的功率阈值随着脉冲宽度的增加而降低，当脉冲宽度大于80 ns后阈值变化很小。根据仿真结果，通过热传导方程对RS触发器的烧毁情况进行建模，得到了不同脉冲宽度核电磁脉冲注入下RS触发器烧毁功率阈值的理论模型，仿真结果证明了理论模型的正确性。

借助自主开发的2维半导体器件-电路联合仿真器,研究了电磁脉冲从发射极注入双极型晶体管时,外电路的影响,分析了共基极接法晶体管的电流分配系数,然后在此基础上研究了3种典型外电路元件的影响.结果表明:当脉冲从发射极注入时,基极外接电阻对器件烧毁过程影响不大;集电极外接正电压源等效于削减电磁脉冲的幅度,有延缓器件烧毁的作用;集电极外接电阻能明显提高器件对电磁脉冲的耐受性.

空间电磁脉冲注入硅双极型晶体管后可能会导致晶体管烧毁.借助2维数值仿真和理论分析研究了基极注入短电磁脉冲对双极型晶体管的作用,得出结论:晶体管的热斑位于基极边缘,由于该点既是电场峰所在,又是电流最密集之处,热量产生集中,因此基极注入脉冲使晶体管烧毁所需的能量比其它两电极注入要少;在基极注入短脉冲作用下,晶体管烧毁所需能量几乎不随脉冲宽度变化;烧毁所需脉冲功率近似与脉冲宽度成反比.

利用时域有限差分法,对双极型晶体管(BJT)在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟,研究了电磁脉冲从不同极板注入时BJT的响应情况,根据温度分布的集中程度分析了发生烧毁的难易程度.模拟得出:发射极注入最容易导致烧毁,集电极注入次之,基极注入相对不易导致烧毁;发射极注入烧毁所消耗能量随着脉冲电压上升而下降,到30 V以后基本与电压的升高无关,集电极注入烧毁所消耗的能量则随着电压上升而上升,到100 V以后由于BE结上热点的出现而开始下降.

利用时域有限差分法,对双极型晶体管在强电磁脉冲作用下的瞬态响应进行了2维数值模拟,分析了器件烧毁过程中电场、电流密度、温度等参数的分布及变化情况,分别观察了低电压和高电压脉冲作用下烧毁过程中热点的形成过程,并得到了器件烧毁所需时间以及能量与脉冲电压幅度之间的关系.在电压脉冲较低时,烧毁点位于通道中靠近集电极的位置,当脉冲电压达到一定幅度的时候,由于发射极与集电极之间发生雪崩击穿,基极和发射极之间电势会抬高,从而引起基极和发射极之间的击穿,形成新的热点,并在电压幅度约高于100V的情况下会率先达到烧毁温度.随着脉冲电压幅度的增高,晶体管烧毁所需时间呈负指数减少,而所需能量在55～100V之间接近于线性增长,直到电压幅度约高于100V时才开始减少.