抗辐射双极n-p-n晶体管的研究

翟亚红; 李平; 张国俊; 罗玉香; 范雪; 胡滨; 李俊宏; 张健; 束平

doi:10.7498/aps.60.088501

摘要

根据发射极周长与面积比(P/A)最小的原则,优化设计了双极n-p-n晶体管的尺寸参数,采用20 V双极型工艺设计制造了三种抗辐射加固的n-p-n晶体管.测试表明,在总剂量为1 kGy的辐照条件下,所制备的发射结加固型n-p-n晶体管和含有重掺杂基区环的n-p-n晶体管,辐照后的电流增益比常规结构的n-p-n晶体管高10%15%;而两种加固措施都有的n-p-n晶体管,辐照后的电流增益比常规结构的n-p-n晶体管高15%20%.

关键词:

Abstract

Bipolar n-p-n transistor geometrical parameters are optimized based on the principle of minimizing the perimeter-to-area ratio (P/A). Three types of radiation-resistant n-p-n transistors are developed and fabricated in the 20 V bipolar process. The first is emitter-base junction hardened n-p-n transistor. The second has heavily boron doped base ring. And the last uses both radiation-resistant measurements. The experimental results indicate that after irradiated by the radiation of total dose of 1 kGy, in current gain, the common n-p-n(unhardened) transistor reduces about 60%65%, while the first two hardened n-p-n transistors increases 10%15%: the last hardened n-p-n transistors are 15%20% greater than the common n-p-n transistors in current gain.

Keywords:

作者及机构信息

1.
电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室,成都 610054

基金项目: 电子薄膜与集成器件国家重点实验室创新基金(批准号:CXJJ200905)资助的课题.

Authors and contacts

1.
State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu 610054, China

参考文献

[1]	Chen X B, Zhang Q Z 2007 Theory and Design of Transistor(Beijing: Publishing House of Electronics Industry)p276 (in Chinese)[陈星弼、张庆忠 2007 晶体管原理与设计(北京:电子工业出版社) 第276页]
[2]	Nowlin R N, Enlow E W, Schrimpf R D, Combs W E 1992 IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 2029
[3]
[4]	Fleetwood D M, Kosier S L, Nowlin R N, Schrimpf R D, Reber R A J, Delaus M, Winokur P S, Wei A, Combs W E, Pease R L 1994 IEEE Trans. Nucl. Sci. 41 1871
[5]
[6]
[7]	Pease R L, Schrimpf R D, Fleetwood D M 2009 IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 1894
[8]
[9]	Wei A, Kosier S L, Schrimpf R D, Fleetwood D M, Combs W E 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1918
[10]
[11]	Chen X J, Barnaby H J, Schrimpf R D, Platteter D G, Dunham G 2006 IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 3649
[12]	Enlow E W, Pease R L, Combs W E, Schrimpf R D, Nowlin R N 1991 IEEE Trans. Nucl. Sci. 38 1342
[13]
[14]
[15]	Li X J, Geng H B, Lan M J, Yang D Z, He S Y, Liu C M 2010 Chin. Phys. B 19 066103
[16]
[17]	Rashkeev S N, Cirba C R, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Witczak S C, Michez A, Pantelides S T 2002 IEEE Trans. Nuc. Sci. 49 2650
[18]	Zhang H L, Lu W, Ren D Y, Guo Q, Yu X F, He C F, Ai E K, Cui S 2004 Chin. J. Semicond. 25 1675 (in Chinese) [张华林、陆妩、任迪远、郭旗、余学峰、何承发、艾尔肯、崔帅 2004 半导体学报 25 1675]
[19]
[20]	Zhang T Q, Liu C Y, Liu J L, Wang J P, Huang Z, Xu N J, He B P, Peng H L, Yao Y J 2001 Acta Phys. Sin. 50 2435 (in Chinese) [张廷庆、刘传洋、刘家璐、王剑屏、黄智、徐娜军、何宝平、彭宏论、姚育娟 2001 50 2435]
[21]
[22]	Hjalmarson H P, Pease R L, Witczak S C, Shaneyfelt M R, Schwank J R, Edwards A H, Hembree C E, Mattsson T R 2003 IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 1901
[23]
[24]
[25]	Johnston A H, Swift G M, Rax B G 1996 IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 3049
[26]	Kosier S L, Schrimpf R D, Nowlin R N, Fleetwood D M, DeLaus M, Pease R L, Combs W E, Wei A, Chai F 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 1276
[27]
[28]	Zheng Y Z, Lu W, Ren D Y, Wang Y Y, Guo Q, Yu X F, He C F 2009 Acta Phys. Sin. 58 5572 (in Chinese) [郑玉展、陆妩、任迪远、王义元、郭旗、余学锋、何承发 2009 58 5572]
[29]
[30]	Nowlin R N, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Pease R L, Combs W E 1993 IEEE Trans. Nucl. Sci. 40 1686
[31]
[32]
[33]	Wang J P, Xu N J, Zhang T Q, Tang H L, Liu J L, Liu C Y, Yao Y J, Peng H L, He B P, Zhang Z X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1331 (in Chinese)[王剑屏、徐娜军、张廷庆、汤华莲、刘家璐、刘传洋、姚育娟、彭宏论、何宝平、张正选 2000 49 1331]
[34]	Nicolaas W V, Dustin W 2005 US Patent 0287754A1
[35]
[36]	Schrimpf R D 1996 IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 787
[37]
[38]	Zhang Z S, Liu Z L, Zhang G Q, Li N, Fan K, Zhang E X, Yi W B, Chen M, Wang X 2005 Chin. Phys. B 14 569
[39]
[40]
[41]	Kosier S L, Schrimpft R D, Fleetwood D M, DeLaus M D, Pease R L, Combs W E 1995 IEEE Trans. Electron Dev. 42 436

施引文献

[1]	Chen X B, Zhang Q Z 2007 Theory and Design of Transistor(Beijing: Publishing House of Electronics Industry)p276 (in Chinese)[陈星弼、张庆忠 2007 晶体管原理与设计(北京:电子工业出版社) 第276页]
[2]	Nowlin R N, Enlow E W, Schrimpf R D, Combs W E 1992 IEEE Trans. Nucl. Sci. 39 2029
[3]
[4]	Fleetwood D M, Kosier S L, Nowlin R N, Schrimpf R D, Reber R A J, Delaus M, Winokur P S, Wei A, Combs W E, Pease R L 1994 IEEE Trans. Nucl. Sci. 41 1871
[5]
[6]
[7]	Pease R L, Schrimpf R D, Fleetwood D M 2009 IEEE Trans. Nucl. Sci. 56 1894
[8]
[9]	Wei A, Kosier S L, Schrimpf R D, Fleetwood D M, Combs W E 1994 Appl. Phys. Lett. 65 1918
[10]
[11]	Chen X J, Barnaby H J, Schrimpf R D, Platteter D G, Dunham G 2006 IEEE Trans. Nucl. Sci. 53 3649
[12]	Enlow E W, Pease R L, Combs W E, Schrimpf R D, Nowlin R N 1991 IEEE Trans. Nucl. Sci. 38 1342
[13]
[14]
[15]	Li X J, Geng H B, Lan M J, Yang D Z, He S Y, Liu C M 2010 Chin. Phys. B 19 066103
[16]
[17]	Rashkeev S N, Cirba C R, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Witczak S C, Michez A, Pantelides S T 2002 IEEE Trans. Nuc. Sci. 49 2650
[18]	Zhang H L, Lu W, Ren D Y, Guo Q, Yu X F, He C F, Ai E K, Cui S 2004 Chin. J. Semicond. 25 1675 (in Chinese) [张华林、陆妩、任迪远、郭旗、余学峰、何承发、艾尔肯、崔帅 2004 半导体学报 25 1675]
[19]
[20]	Zhang T Q, Liu C Y, Liu J L, Wang J P, Huang Z, Xu N J, He B P, Peng H L, Yao Y J 2001 Acta Phys. Sin. 50 2435 (in Chinese) [张廷庆、刘传洋、刘家璐、王剑屏、黄智、徐娜军、何宝平、彭宏论、姚育娟 2001 50 2435]
[21]
[22]	Hjalmarson H P, Pease R L, Witczak S C, Shaneyfelt M R, Schwank J R, Edwards A H, Hembree C E, Mattsson T R 2003 IEEE Trans. Nucl. Sci. 50 1901
[23]
[24]
[25]	Johnston A H, Swift G M, Rax B G 1996 IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 3049
[26]	Kosier S L, Schrimpf R D, Nowlin R N, Fleetwood D M, DeLaus M, Pease R L, Combs W E, Wei A, Chai F 1993 IEEE Trans. Electron Dev. 40 1276
[27]
[28]	Zheng Y Z, Lu W, Ren D Y, Wang Y Y, Guo Q, Yu X F, He C F 2009 Acta Phys. Sin. 58 5572 (in Chinese) [郑玉展、陆妩、任迪远、王义元、郭旗、余学锋、何承发 2009 58 5572]
[29]
[30]	Nowlin R N, Fleetwood D M, Schrimpf R D, Pease R L, Combs W E 1993 IEEE Trans. Nucl. Sci. 40 1686
[31]
[32]
[33]	Wang J P, Xu N J, Zhang T Q, Tang H L, Liu J L, Liu C Y, Yao Y J, Peng H L, He B P, Zhang Z X 2000 Acta Phys. Sin. 49 1331 (in Chinese)[王剑屏、徐娜军、张廷庆、汤华莲、刘家璐、刘传洋、姚育娟、彭宏论、何宝平、张正选 2000 49 1331]
[34]	Nicolaas W V, Dustin W 2005 US Patent 0287754A1
[35]
[36]	Schrimpf R D 1996 IEEE Trans. Nucl. Sci. 43 787
[37]
[38]	Zhang Z S, Liu Z L, Zhang G Q, Li N, Fan K, Zhang E X, Yi W B, Chen M, Wang X 2005 Chin. Phys. B 14 569
[39]
[40]
[41]	Kosier S L, Schrimpft R D, Fleetwood D M, DeLaus M D, Pease R L, Combs W E 1995 IEEE Trans. Electron Dev. 42 436

[1]	张书豪, 袁章亦安, 乔明, 张波. 超薄屏蔽层300 V SOI LDMOS抗电离辐射总剂量仿真研究. , 2022, 71(10): 107301. doi: 10.7498/aps.71.20220041
[2]	周悦, 胡志远, 毕大炜, 武爱民. 硅基光电子器件的辐射效应研究进展. , 2019, 68(20): 204206. doi: 10.7498/aps.68.20190543
[3]	彭超, 恩云飞, 李斌, 雷志锋, 张战刚, 何玉娟, 黄云. 绝缘体上硅金属氧化物半导体场效应晶体管中辐射导致的寄生效应研究. , 2018, 67(21): 216102. doi: 10.7498/aps.67.20181372
[4]	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
[5]	宋明辉, 王笃祥, 毕京锋, 陈文浚, 李明阳, 李森林, 刘冠洲, 吴超瑜. 空间用倒装三结太阳能电池及其抗辐射性能研究. , 2017, 66(18): 188801. doi: 10.7498/aps.66.188801
[6]	周航, 崔江维, 郑齐文, 郭旗, 任迪远, 余学峰. 电离辐射环境下的部分耗尽绝缘体上硅n型金属氧化物半导体场效应晶体管可靠性研究. , 2015, 64(8): 086101. doi: 10.7498/aps.64.086101
[7]	姜柯, 陆妩, 胡天乐, 王信, 郭旗, 何承发, 刘默涵, 李小龙. 电子辐射环境中NPN输入双极运算放大器的辐射效应和退火特性. , 2015, 64(13): 136103. doi: 10.7498/aps.64.136103
[8]	程晓舫, 辛成运, 王鲁平, 张忠政. 辐射测量中的成像效应. , 2013, 62(12): 120702. doi: 10.7498/aps.62.120702
[9]	胡天乐, 陆妩, 席善斌, 郭旗, 何承发, 吴雪, 王信. PNP输入双极运算放大器在不同辐射环境下的辐射效应和退火特性. , 2013, 62(7): 076105. doi: 10.7498/aps.62.076105
[10]	陈海峰. 反向衬底偏压下纳米N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管中栅调制界面产生电流特性研究. , 2013, 62(18): 188503. doi: 10.7498/aps.62.188503
[11]	孙鹏, 杜磊, 陈文豪, 何亮, 张晓芳. 金属-氧化物-半导体场效应管辐射效应模型研究. , 2012, 61(10): 107803. doi: 10.7498/aps.61.107803
[12]	余晨辉, 罗向东, 周文政, 罗庆洲, 刘培生. 新型双异质结高电子迁移率晶体管的电流崩塌效应研究. , 2012, 61(20): 207301. doi: 10.7498/aps.61.207301
[13]	高博, 刘刚, 王立新, 韩郑生, 张彦飞, 王春林, 温景超. 国产星用VDMOS器件总剂量辐射损伤效应研究. , 2012, 61(17): 176107. doi: 10.7498/aps.61.176107
[14]	范雪, 李威, 李平, 张斌, 谢小东, 王刚, 胡滨, 翟亚红. 基于环形栅和半环形栅N沟道金属氧化物半导体晶体管的总剂量辐射效应研究. , 2012, 61(1): 016106. doi: 10.7498/aps.61.016106
[15]	高博, 余学峰, 任迪远, 崔江维, 兰博, 李明, 王义元. p型金属氧化物半导体场效应晶体管低剂量率辐射损伤增强效应模型研究. , 2011, 60(6): 068702. doi: 10.7498/aps.60.068702
[16]	张林, 肖剑, 邱彦章, 程鸿亮. Ti/4H-SiC肖特基势垒二极管抗辐射特性的研究. , 2011, 60(5): 056106. doi: 10.7498/aps.60.056106
[17]	何宝平, 丁李利, 姚志斌, 肖志刚, 黄绍燕, 王祖军. 超深亚微米器件总剂量辐射效应三维数值模拟. , 2011, 60(5): 056105. doi: 10.7498/aps.60.056105
[18]	段子刚, 黄晓东, 周宁, 徐光辉, 柴广跃. 1.5 μm波长n-p-n型InGaAsP-InP晶体管激光器材料外延生长. , 2010, 59(9): 6193-6199. doi: 10.7498/aps.59.6193
[19]	全荣辉, 韩建伟, 黄建国, 张振龙. 电介质材料辐射感应电导率的模型研究. , 2007, 56(11): 6642-6647. doi: 10.7498/aps.56.6642
[20]	王剑屏, 徐娜军, 张廷庆, 汤华莲, 刘家璐, 刘传洋, 姚育娟, 彭宏论, 何宝平, 张正选. 金属-氧化物-半导体器件γ辐照温度效应. , 2000, 49(7): 1331-1334. doi: 10.7498/aps.49.1331

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