功率MOS器件抗辐照能力无损评价方法研究

论文摘要

功率MOS器件,特别是VDMOS器件与现在高度发展的超大规模集成电路（VLSI）工艺相容,发展迅速,已经成为电力电子器件发展的主流。同时,它在航空、航天、核电、军事电子等辐照环境中应用非常广泛。为了保证使用的可靠性并且降低成本,人们迫切需要一种可靠并且低成本的无损评价方法来对其抗辐照能力进行评价。本论文研究功率MOS器件的辐照效应、辐照损伤机理、和1/f噪声物理机制;然后设计完成了功率MOS器件的电离辐照实验;在此基础之上,研究了功率MOS器件抗辐照能力无损评价模型和无损评价方法;并进一步研究了DC-DC电源无损评价方法;最后研究了DC-DC电源辐照寿命预兆单元。通过以上工作,本论文主要结论和研究结果有:1、实验结果表明,在电离辐照后,功率MOS器件阈值电压负向漂移;线性区跨导降低;漏电流增加;1/f噪声幅值增加。同时也发现,N型功率MOS器件的1/f噪声幅值比P型器件大一个数量级左右,所以P型功率MOS器件更适合于抗辐照应用。2、功率MOS开关器件辐照退化会对DC-DC模块产生显著影响,包括:阈值电压漂移导致DC-DC电源转换效率降低;漏电流和开启电阻的增加导致DC-DC电源功耗增加;噪声幅值的增加导致DC-DC电源整体噪声幅值的增加。3、建立功率MOS器件抗辐照能力无损评价模型,包括:1/f噪声幅值与辐照剂量之间的关系;辐照后边缘陷阱电荷与辐照前1/f噪声幅值的关系;辐照后阈值电压漂移量与辐照前1/f噪声幅值之间的关系。4、建立功率MOS器件抗辐照能力无损评价方法、实施步骤。5、建立基于功率MOS开关失效的DC-DC电源抗辐照能力无损评价方法。6、设计验证基于功率MOS开关失效的DC-DC电源辐照寿命预兆单元。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究目的和意义
• 1.2.1 研究现状与主要问题
• 1.2.2 无损评价意义
• 1.2.3 实现无损评价需解决的关键问题
• 1.3 论文主要工作和结构
• 第二章 功率MOS 器件中的1/f 噪声及其辐照效应
• 2.1 功率 MOS 器件的结构与原理
• 2.2 功率 MOS 器件中的1/f 噪声产生机理和表征模型
• 2.2.1 功率 MOS 器件的1/f 噪声产生机理
• 2.2.2 载流子数涨落模型
• 2.2.3 迁移率涨落模型
• 2.3 功率 MOS 辐照损伤基础
• 2.3.1 功率MOS 器件的电离辐照损伤机理
• 2.3.2 功率MOS 器件的电离辐照效应
• 第三章 辐照实验、模型及方法
• 3.1 功率MOS 器件噪声测试平台
• 3.1.1 噪声测试平台的构成
• 3.1.2 功率MOS 器件噪声测试偏置电路
• 3.2 功率 MOS 器件电离辐照实验
• 3.2.1 辐照后电参数的变化
• 3.2.2 辐照后1/f 噪声参数的变化
• 3.2.3 1/f 噪声表征的可行性分析
• 3.3 功率MOS 器件抗辐照能力无损评价模型
• 3.3.1 建立模型
• 3.3.2 模型验证
• 3.4 功率 MOS 器件抗辐照能力无损评价实施步骤
• 3.4.1 无损评价的基本过程
• 3.4.2 具体实施步骤
• 第四章 功率 MOS 器件抗辐照评价方法的应用
• 4.1 功率MOS 器件与DC-DC 电源
• 4.1.1 DC-DC 电源工作原理
• 4.1.2 功率 MOS 器件辐照退化对 DC-DC 电源的影响
• 4.2 基于功率MOS 的DC-DC 评价方法
• 4.3 基于功率MOS 器件的DC-DC 电源预兆单元初探
• 4.3.1 功率 MOS 器件预兆单元基本设计
• 4.3.2 效果仿真
• 第五章 研究工作总结
• 5.1 论文结论与工作
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果