砷化镓基半导体材料抗辐照噪声表征参量研究

论文摘要

砷化镓作为第二代半导体材料的代表,在高能对撞物理实验、航天科技和核放射性废料检测等辐照环境下有着重要的应用。为此,对砷化镓材料的辐照效应及其抗辐照能力进行研究是很有意义的。但目前我国还未见有一种简单、快速且完全非破坏性的技术来对其抗辐射能力进行评估。低频噪声在表征硅器件的辐照损伤时取得了极大的成功,而且它的技术特点也符合对砷化镓材料辐照损伤进行表征的技术要求。本文采用传统的电学参数测量技术和低频噪声技术,对砷化镓材料的低剂量伽玛辐照效应进行了研究。通过传统电学参数和低频噪声表征参量的对比,结果发现辐照后噪声表征参量的退化比电学参数的退化高了一个数量级。这说明了在表征砷化镓材料抗辐照能力方面,低频噪声参量比传统电学参数更加的灵敏。本论文的主要工作和结论有:(1)详细研究了砷化镓材料辐照损伤的微观机制,提出了低剂量伽玛辐照对砷化镓材料的影响主要是使其中的缺陷带电状态发生改变的观点。(2)分析了传统电学参量和低频噪声参量对辐照的响应过程,解释了它们的表征原理。(3)分别建立了砷化镓材料辐照损伤的电学模型和噪声表征模型,提取了相应的表征参量,分析了其表征机制。(4)设计并完成了PHEMT的辐照实验,测量了其辐照前后的电学参数和低频噪声,发现噪声表征参量对辐照的响应比传统电学表征参数敏感。(5)对比理论模型和实验结果,验证了模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 论文结构
• 第二章 砷化镓材料辐照效应及低频噪声技术
• 2.1 砷化镓材料辐照效应
• 2.1.1 材料特性
• 2.1.2 辐照损伤
• 2.2 低频电噪声
• 2.2.1 低频噪声基本知识
• 2.2.2 低频噪声诊断半导体器件可靠性
• 2.3 PHEMT结构及其工作原理
• 2.3.1 器件结构
• 2.3.2 工作原理
• 第三章 砷化镓材料辐照损伤表征参量
• 3.1 辐照导致材料电参量退化机理
• 3.1.1 辐照对迁移率的影响
• 3.1.2 辐照对电子密度的影响
• 3.2 电学参量辐照退化的理论分析
• 3.2.1 漏电流退化规律
• 3.2.2 跨导退化规律
• 3.2.3 阈值电压退化规律
• 3.3 电学参数辐照损伤表征模型
• 3.4 噪声参量表征基础
• 3.4.1 低频噪声的组成及来源
• 3.4.2 辐照损伤对低频噪声的作用
• 3.5 低频噪声辐照损伤表征模型
• 3.5.1 噪声表征模型的建立
• 3.5.2 噪声参量对辐照损伤的表征分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 表征参量实验验证
• 4.1 实验样品的选择及辐照条件
• 4.2 测试系统
• 4.2.1 电学参数测试系统
• 4.2.2 低频噪声测试系统
• 4.3 伽玛辐照实验结果
• 4.3.1 辐照前后电参数的变化
• 4.3.2 辐照前后低频噪声的变化
• 4.4 理论模型验证及讨论
• 4.4.1 电学表征参量验证及讨论
• 4.4.2 噪声表征参量验证及讨论
• 4.5 表征参量的分析及评价
• 4.5.1 噪声表征参量与电学表征参量的相关性
• 4.5.2 噪声表征参量与电学表征参量对比
• 第五章 结论
• 5.1 论文结论
• 5.2 展望
• 5.2.1 本研究工作的展望
• 5.2.2 噪声表征化合物半导体辐照损伤的可行性
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读研期间的成果