具有P+缓冲层的Split-Gate功率SiC MOSFET，用于提升单次事件辐射抗性

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Split-Gate Power SiC MOSFET With P+ Buffer for Enhanced Single-Event Radiation Hardness

硅基氮化碳（SiC）功率器件在空间电力系统中因优异的导通与开关特性备受关注，但单粒子辐照敏感性仍制约其应用。本文实验验证了前期提出的1.2 kV分栅式SiC MOSFET（SG-PB-MOS）通过P+缓冲层实现抗辐射性能增强的机制：缓冲层有效抑制门氧电场并快速提取重离子撞击产生的过剩空穴，使器件在85.91 MeV·cm2/mg离子辐照下，单粒子泄漏电流（SELC）、单粒子门损伤（LGD）和单粒子烧毁（SEB）阈值均显著提升，尤其在350 V漏源偏压和15 V栅源偏压下仍保持可靠运行，且不劣化正常工况下的静态和开关性能。

　　

摘要：

碳化硅（SiC）功率器件由于具有优异的阻断和开关特性，在空间电气系统中具有吸引力，但其对单次事件辐射的敏感性仍限制了其应用范围。本文通过实验验证了我们在之前研究中提出的1.2 kV分裂栅极SiC MOSFET（SG-PB-MOS）在单次事件辐射下的增强性能。数值模拟表明，P+缓冲层能够抑制栅极氧化层的电场，并快速清除由重离子撞击产生的多余空穴。辐照测试使用的是能量转移系数（LET）为85.91 MeV/cm2/mg的181Ta离子。测试结果显示，SG-PB-MOS在抑制潜在栅极损伤（LGD）、单次事件漏电流（SELC）和单次事件烧毁（SEB）方面表现出显著的提升，并且其SEB阈值电压比传统结构有了显著改善。该器件在350 V漏源偏压和15 V栅源偏压下仍能保持良好的工作稳定性，且这些性能提升并未对正常工作状态下的静态或开关性能产生不利影响。除了卓越的高频和高可靠性特性外，SG-PB-MOS还为高辐射强度的电力电子系统提供了一种器件级别的结构解决方案。