【摘 要】
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目前,国内外对于半导体器件电离辐射效应的研究主要集中在低压MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）结构和绝缘体上硅（Silicon On Insulator,SOI）材料的制备工艺上,鲜有关于功率半导体器件辐射效应和加固方法的报道。本文首先介绍了 SOI LDMOS（Lateral Double-diffused MOSFE
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目前,国内外对于半导体器件电离辐射效应的研究主要集中在低压MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）结构和绝缘体上硅（Silicon On Insulator,SOI）材料的制备工艺上,鲜有关于功率半导体器件辐射效应和加固方法的报道。本文首先介绍了 SOI LDMOS（Lateral Double-diffused MOSFET）器件和半导体器件面临的辐射环境,然后介绍了表面电场降低技术（REduced SURface Field,RESURF）和场板技术这两种LDMOS设计中的常用技术,最后介绍了半导体器件的电离辐射效应及其加固技术。本文以两种RESURF结构的LDMOS（Single RESURF LDMOS和Double RESURF LDMOS）为切入点,研究了电离辐射总剂量效应（Total-Ionizing-Dose Effect,TID）对LDMOS的影响,并比较两种结构抗辐射性能的优劣。最后进行了一种600V厚层SOILDMOS器件的研制,并对该器件进行了电离辐射总剂量效应研究。在40μm外延硅层和3 μm埋氧化层的SOI材料上仿真优化了 Single RESURF LDMOS和Double RESURF LDMOS两种器件结构,并通过仿真对比了总剂量效应对两种结构的影响。在埋氧化层和硅界面设置1E12 cm-2的正电荷,同时栅氧化层也按厚度成比例地添加电荷。Single RESURF器件的击穿电压BV从586.8V退化至581.8V,变化率为8.52‰;DoubleRESURF器件的击穿电压BV从769.1V退化至770.8V,变化率为-2.21‰。在输出特性方面,Single RESURF器件的线性电流Idlin从3.54E-08A增大为3.99E-08A,饱和电流Idsat从1.83E-05A增大为2.89E-05A,线性电流Idlin与饱和电流Idsat分别增大了12.7%和57.9%。而Double RESURF器件的线性电流Idlin从9.18E-08A增大为9.76E-08A,饱和电流Idsat从3.99E-05A增大为5.51E-05A,线性电流Idlin与饱和电流Idsat分别增大了6.32%和38.1%。进行了一种带有双层浮空场板的600V厚层SOILDMOS器件研制,并对该器件进行了电离辐射总剂量效应研究。仿真中,在场氧化层和硅界面设置1E12 cm-2的正电荷,同时栅氧化层和埋氧化层也按厚度成比例地添加电荷（效果相当于300 krad（Si）的总剂量辐射）,器件的击穿电压BV从707.6V退化至333.9V,变化率52.8%。阈值电压Vth从2.6V退化为2.3V,变化率为11.5%。线性电流Idlin从5.49E-08A增大到6.88E-08A,增大了20.3%。饱和电流Idsat从2.40E-05A 增大到 7.09E-05A,增大了195%。最后进行了流片和辐射实验。常态下（Fresh）器件的击穿电压BV为656V,阈值电压Vth为3V,饱和电流Idsat可达2.238mA。开态下进行100 krad（Si）总剂量辐射后,圆形器件的饱和电流Idsat从1.79mA退化至2.14mA,比fresh状态下增大了19.6%。阈值电压Vth从2.51V退化至1.77V,比fresh状态下减小了0.74V。关态下进行100 krad（Si）总剂量辐射后,圆形器件的饱和电流Idsat从1.83mA退化至2.25mA,比fresh状态下增大了22.9%。阈值电压Vth从3.02V退化至2.12V,比fresh状态下减小了0.9V。由于器件问题,不能测耐压,只测了 Vd=400V时的漏电流Ioff。开态下,接受150krad（Si）辐射后,器件的Ioff=5.285E-09A。关态下,接受 150 krad（Si）辐射后,器件的Ioff=1.282E-09A。
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