一款60 V的抗辐射加固VDMOS功率器件

吴昊，黄炜

（模拟集成电路重点实验室，重庆 400060）

0 引言

VDMOS器件由于具有驱动功率低、开关速度快和大电流等特性，在航空、航天等极端环境下有着广泛的应用[1]。N沟道抗辐照功率VDMOS在整机电源系统中主要起着功率变换或功能转换的作用，被广泛地应用于各个电子系统中。相比于同尺寸的平面VDMOS结构，沟槽VDMOS能够有效地消除JFET区，有着更小的导通电阻及更高的效率[2]。

在传统的VDMOS器件生长过程中，先进行沟槽的刻蚀，然后再进行基区的掺杂和推阱，导致栅氧化层会经历高温过程，大大地影响其特性。本文以60 V抗总剂量加固N型VDMOS为例，说明了抗总剂量加固型VDMOS器件的设计流程和工艺方法。其中，采用先注入P型基区并高温推阱，再进行栅氧化层生长的工艺步骤，可以有效地避免栅氧化层生长后的高温工艺，能提高栅氧化层质量。同时，在保证栅源击穿电压的前提下，减小栅氧化层厚度，可减小辐射后引进的陷阱电荷[3]。

1 辐照效应

1.1 总剂量效应

在太空等自然辐照环境中，影响功率VDMOS功能退化的主要因素是γ射线、X射线和高能重离子。半导体材料在γ射线和X射线的作用下，电子获得辐照的部分能量而激发脱离原子束缚，留下带单位正电荷的空穴。在器件处于工作情况下，激发产生的电子-空穴对在电场作用下分别向电源正、负极漂移，载流子运动方向不一致，形成光电流。光电流会影响器件的工作状态，干扰电路的正常工作，威胁系统的稳定，且具有累积效应。运行于太空中的人造卫星在经过长时间的电离辐照后，系统中电子元器件的性能退化，电学参数漂移变化甚至使其功能失效，导致卫星无法正常工作，严重地威胁卫星的稳定性和寿命。……