基于柵控橫向PNP雙極晶體管的氫氛圍中輻照損傷機制*

緱石龍 馬武英 姚志斌 何寶平 盛江坤 薛院院 潘琛

(西北核技術研究所, 強脈沖輻射環境模擬與效應國家重點實驗室, 西安 710024)

為了研究氫氣與輻射感生產物之間的作用關系, 以柵控橫向PNP雙極晶體管為研究對象, 分別開展了氫氣氛圍中浸泡后的輻照實驗和輻照后氫氣氛圍中退火實驗, 結果表明: 氫氣進入雙極晶體管后會使其輻照損傷增強, 并且未浸泡器件輻照后在氫氣中退火也會使晶體管輻射損傷增強.基于柵掃描法分離的輻射感生產物結果表明, 氫氣進入晶體管會使得界面陷阱增多, 氧化物陷阱電荷減少, 主要原因是氫氣進入氧化層會與輻射產生的氧化物陷阱電荷發生反應, 產生氫離子, 從而使界面陷阱增多.基于該反應機理, 建立了包含氫氣反應和氫離子產生機制的低劑量率輻照損傷增強效應數值模型, 模型仿真得到的界面陷阱及氧化物陷阱電荷面密度數量級和變化趨勢均與實驗結果一致, 進一步驗證了氫氣在雙極器件中輻照反應機理的正確性,為雙極器件輻照損傷機制研究和在氫氛圍中浸泡作為低劑量率輻射損傷增強效應加速評估方法的建立提供了參考和理論支撐.

1 引 言

國內外研究表明, 氫(H)是雙極器件產生低劑量輻射損傷增強效應(enhanced low dose rate sensitivity, ELDRS)的關鍵因素之一[1-6].不同的鈍化層材料對雙極器件是否具有ELDRS效應有著很大的影響, 究其原因也是不同材料向器件中引入的H的含量不同[1-3].并且由于氫氣……