搜索

x

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基极注入强电磁脉冲对双极晶体管的损伤效应和机理

任兴荣 柴常春 马振洋 杨银堂 乔丽萍 史春蕾

引用本文:
Citation:

基极注入强电磁脉冲对双极晶体管的损伤效应和机理

任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾

The damage effect and mechanism of bipolar transistors induced by injection of electromagnetic pulse from the base

Ren Xing-Rong, Chai Chang-Chun, Ma Zhen-Yang, Yang Yin-Tang, Qiao Li-Ping, Shi Chun-Lei
PDF
导出引用
  • 建立了双极晶体管(BJT)在强电磁脉冲作用下的二维电热模型, 对处于有源放大区的BJT在基极注入强电磁脉冲时的瞬态响应进行了仿真. 结果表明, BJT烧毁点位置随注入脉冲幅度变化而变化, 低脉冲幅度下晶体管烧毁是由发射结反向雪崩击穿所致, 烧毁点位于发射结柱面区; 而在高脉冲幅度下, 由基区-外延层-衬底组成的p-n-n+ 二极管发生二次击穿导致靠近发射极一侧的基极边缘率先烧毁; BJT的烧毁时间随脉冲幅度升高而减小, 而损伤能量则随之呈现减小-增大-减小的变化趋势, 因而存在一个极小值和一个极大值. 仿真与实验结果的比较表明, 本文建立的晶体管模型不但能预测强电磁脉冲作用下BJT内部烧毁发生的位置, 而且能够得到损伤能量.
    A two-dimensional electrothermal model of the bipolar transistor (BJT) is established, and the transient behaviors of the BJT originally in the forward-active region are simulated with the injection of electromagnetic pulse from the base. The results show that the damage location of the BJT shifts with the amplitude of the pulse. With a low pulse amplitude, the burnout of the BJT is caused by the avalanche breakdown of the emitter-base junction, and the damage location lies in the cylindrical region of this junction. With a high pulse amplitude, the damage first occurs at the edge of the base closer to the emitter due to the second breakdown of the p-n-n+ structure composed of the base, the epitaxial layer and the substrate. The burnout time increases with pulse amplitude increasing, while the damage energy changes in a decrease-increase-decrease order with it, thus generating both a minimum value and a maximum value of the damage energy. A comparison between simulation results and experimental ones shows that the transistor model presented in the paper can not only predict the damage location in the BJT under intense electromagnetic pulses, but also obtain the damage energy.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 60776034)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60776034).
    [1]

    Chai C C, Xi X W, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8118 (in Chinese) [柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋 2010 59 8118]

    [2]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y, Wang J 2010 J. Semicond. 31 49

    [3]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhang B, Hong X 2010 J. Semicond. 31 32

    [4]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Wang J, Ren L H 2010 Proceedings of the 11th International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging Xi'an, China, August 16-19, p1210

    [5]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhang B 2009 Proceedings of the 16th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits Suzhou, China, July 6-10, p443

    [6]

    Zhou H A, Du Z W, Gong K 2005 High Power Laser Part. Beams 17 1861 (in Chinese) [周怀安, 杜正伟, 龚克 2005 强激光与粒子束 17 1861]

    [7]

    Arnborg T 1990 IEEE Trans. Electron Devices. 37 2099

    [8]

    Kyuwoon H, Navon D H, Tang T W, Hower P L 1986 IEEE Trans. Electron Dev. 33 1067

    [9]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B 2012 Acta Phys. Sin. 61 078501 (in Chinese) [马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌 2012 61 078501]

    [10]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 058502

    [11]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Song K, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 098502

    [12]

    Zhou H A, Du Z W, Gong K 2006 High Power Laser Part. Beams 18 689 (in Chinese) [周怀安, 杜正伟, 龚克 2006 强激光与粒子束 18 689]

    [13]

    Chen X, Du Z W, Gong K 2007 High Power Laser Part. Beams 19 449 (in Chinese) [陈曦, 杜正伟, 龚克 2007 强激光与粒子束 19 449]

    [14]

    Integrated Systems Engineering AG 2004 ISE-TCAD Dessis Simulation User's Manual (Switzerland: Zurich) p129

    [15]

    Egawa H 1966 IEEE Trans. Electron Dev. 13 754

    [16]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T 2013 J. Xidian Univ. 40 45 (in Chinese) [任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂 2013 西安电子科技大学学报 40 45]

    [17]

    Fan J P, Zhang L, Jia X Z 2010 High Power Laser Part. Beams 22 1319 (in Chinese) [范菊平, 张 玲, 贾新章 2010 强激光与粒子束 22 1319]

  • [1]

    Chai C C, Xi X W, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y 2010 Acta Phys. Sin. 59 8118 (in Chinese) [柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋 2010 59 8118]

    [2]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Ma Z Y, Wang J 2010 J. Semicond. 31 49

    [3]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhang B, Hong X 2010 J. Semicond. 31 32

    [4]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T, Wang J, Ren L H 2010 Proceedings of the 11th International Conference on Electronic Packaging Technology & High Density Packaging Xi'an, China, August 16-19, p1210

    [5]

    Xi X W, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Zhang B 2009 Proceedings of the 16th IEEE International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits Suzhou, China, July 6-10, p443

    [6]

    Zhou H A, Du Z W, Gong K 2005 High Power Laser Part. Beams 17 1861 (in Chinese) [周怀安, 杜正伟, 龚克 2005 强激光与粒子束 17 1861]

    [7]

    Arnborg T 1990 IEEE Trans. Electron Devices. 37 2099

    [8]

    Kyuwoon H, Navon D H, Tang T W, Hower P L 1986 IEEE Trans. Electron Dev. 33 1067

    [9]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B 2012 Acta Phys. Sin. 61 078501 (in Chinese) [马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌 2012 61 078501]

    [10]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 058502

    [11]

    Ma Z Y, Chai C C, Ren X R, Yang Y T, Chen B, Song K, Zhao Y B 2012 Chin. Phys. B 21 098502

    [12]

    Zhou H A, Du Z W, Gong K 2006 High Power Laser Part. Beams 18 689 (in Chinese) [周怀安, 杜正伟, 龚克 2006 强激光与粒子束 18 689]

    [13]

    Chen X, Du Z W, Gong K 2007 High Power Laser Part. Beams 19 449 (in Chinese) [陈曦, 杜正伟, 龚克 2007 强激光与粒子束 19 449]

    [14]

    Integrated Systems Engineering AG 2004 ISE-TCAD Dessis Simulation User's Manual (Switzerland: Zurich) p129

    [15]

    Egawa H 1966 IEEE Trans. Electron Dev. 13 754

    [16]

    Ren X R, Chai C C, Ma Z Y, Yang Y T 2013 J. Xidian Univ. 40 45 (in Chinese) [任兴荣, 柴常春, 马振洋, 杨银堂 2013 西安电子科技大学学报 40 45]

    [17]

    Fan J P, Zhang L, Jia X Z 2010 High Power Laser Part. Beams 22 1319 (in Chinese) [范菊平, 张 玲, 贾新章 2010 强激光与粒子束 22 1319]

  • [1] 段宝兴, 王佳森, 唐春萍, 杨银堂. 新型载流子积累的逆导型横向绝缘栅双极晶体管.  , 2024, 73(15): 157301. doi: 10.7498/aps.73.20240572
    [2] 段宝兴, 刘雨林, 唐春萍, 杨银堂. 肖特基结多数载流子积累新型绝缘栅双极晶体管.  , 2024, 73(7): 078501. doi: 10.7498/aps.73.20231768
    [3] 缑石龙, 马武英, 姚志斌, 何宝平, 盛江坤, 薛院院, 潘琛. 基于栅控横向PNP双极晶体管的氢氛围中辐照损伤机制.  , 2021, 70(15): 156101. doi: 10.7498/aps.70.20210351
    [4] 李顺, 宋宇, 周航, 代刚, 张健. 双极型晶体管总剂量效应的统计特性.  , 2021, 70(13): 136102. doi: 10.7498/aps.70.20201835
    [5] 郝蕊静, 郭红霞, 潘霄宇, 吕玲, 雷志锋, 李波, 钟向丽, 欧阳晓平, 董世剑. AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管器件中子位移损伤效应及机理.  , 2020, 69(20): 207301. doi: 10.7498/aps.69.20200714
    [6] 董磊, 杨剑群, 甄兆丰, 李兴冀. 预加温处理对双极晶体管过剩基极电流理想因子的影响机制.  , 2020, 69(1): 018502. doi: 10.7498/aps.69.20191151
    [7] 杨剑群, 董磊, 刘超铭, 李兴冀, 徐鹏飞. Si3N4钝化层对横向PNP双极晶体管电离辐射损伤的影响机理.  , 2018, 67(16): 168501. doi: 10.7498/aps.67.20172215
    [8] 郭春生, 丁嫣, 姜舶洋, 廖之恒, 苏雅, 冯士维. 高效在线测量加速实验中双极晶体管结温方法的研究.  , 2017, 66(22): 224703. doi: 10.7498/aps.66.224703
    [9] 席晓文, 柴常春, 刘阳, 杨银堂, 樊庆扬. 外界条件在电磁脉冲对GaAs赝高电子迁移率晶体管损伤过程中的影响.  , 2017, 66(7): 078401. doi: 10.7498/aps.66.078401
    [10] 李志鹏, 李晶, 孙静, 刘阳, 方进勇. 高功率微波作用下高电子迁移率晶体管的损伤机理.  , 2016, 65(16): 168501. doi: 10.7498/aps.65.168501
    [11] 刘阳, 柴常春, 于新海, 樊庆扬, 杨银堂, 席晓文, 刘胜北. GaN高电子迁移率晶体管强电磁脉冲损伤效应与机理.  , 2016, 65(3): 038402. doi: 10.7498/aps.65.038402
    [12] 孙亚宾, 付军, 许军, 王玉东, 周卫, 张伟, 崔杰, 李高庆, 刘志弘. 不同剂量率下锗硅异质结双极晶体管电离损伤效应研究.  , 2013, 62(19): 196104. doi: 10.7498/aps.62.196104
    [13] 李兴冀, 兰慕杰, 刘超铭, 杨剑群, 孙中亮, 肖立伊, 何世禹. 偏置条件对NPN及PNP双极晶体管电离辐射损伤的影响研究.  , 2013, 62(9): 098503. doi: 10.7498/aps.62.098503
    [14] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 乔丽萍, 史春蕾. 不同样式的高功率微波对双极晶体管的损伤效应和机理.  , 2013, 62(12): 128501. doi: 10.7498/aps.62.128501
    [15] 席善斌, 陆妩, 任迪远, 周东, 文林, 孙静, 吴雪. 栅控横向PNP双极晶体管辐照感生电荷的定量分离.  , 2012, 61(23): 236103. doi: 10.7498/aps.61.236103
    [16] 席善斌, 陆妩, 王志宽, 任迪远, 周东, 文林, 孙静. 中带电压法分离栅控横向pnp双极晶体管辐照感生缺.  , 2012, 61(7): 076101. doi: 10.7498/aps.61.076101
    [17] 马振洋, 柴常春, 任兴荣, 杨银堂, 陈斌. 双极晶体管微波损伤效应与机理.  , 2012, 61(7): 078501. doi: 10.7498/aps.61.078501
    [18] 柴常春, 席晓文, 任兴荣, 杨银堂, 马振洋. 双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理.  , 2010, 59(11): 8118-8124. doi: 10.7498/aps.59.8118
    [19] 郑玉展, 陆妩, 任迪远, 王义元, 郭旗, 余学锋, 何承发. 不同发射极面积npn晶体管高低剂量率辐射损伤特性.  , 2009, 58(8): 5572-5577. doi: 10.7498/aps.58.5572
    [20] 张兴宏, 胡雨生, 吴 杰, 程知群, 夏冠群, 徐元森, 陈张海, 桂永胜, 褚君浩. 深能级对AlGaInP/GaAs异质结双极晶体管性能的影响.  , 1999, 48(3): 556-560. doi: 10.7498/aps.48.556
计量
  • 文章访问数:  7230
  • PDF下载量:  955
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-19
  • 修回日期:  2012-10-23
  • 刊出日期:  2013-03-05

/

返回文章
返回
Baidu
map