質子輻照對InP-InGaAsHBTs電學特性的影響.pdf

1、異質結雙極型晶體管(HBTs)以其獨特的優(yōu)勢越來越受到人們的關注。相較于其他HBTs，InP/InGaAs HBTs具有如下的優(yōu)勢：InGaAs基區(qū)具有更高的電子遷移率，集電區(qū)具有更高的飽和漂移速度，InP襯底具有更高的熱導率和更低的表面復合速度。由于具有以上優(yōu)勢，InP/InGaAs HBTs被廣泛地應用在空間電子系統(tǒng)中，特別是高速高頻電子系統(tǒng)。這些應用在空間中的電子系統(tǒng)面臨著復雜的輻照環(huán)境，質子是空間輻照環(huán)境中一種主要的輻射粒子，質

2、子輻照會對InP/InGaAs HBTs的電學特性造成嚴重的影響，因此研究InP/InGaAs HBTs的質子輻照效應十分有必要。
　　本文分別對于InP/InGaAs異質PN結和InP/InGaAs HBTs兩種器件結構，進行了質子束流為0.027nA/cm2?s、輻照能量為3MeV和10MeV、輻照劑量為1×1011、5×1011、1×1012、5×1012p/cm2的質子輻照實驗。在分析了異質結雙極型晶體管(HBT)工作的物

3、理機制和質子輻照損傷機制的基礎上，對質子輻照引起的InP/InGaAs HBTs電流增益衰退給出了解釋。
　　對于InP/InGaAs異質PN結器件我們進行了輻照前后的I-V測試和不同測試頻率的C-V測試。結果顯示：質子輻照之后，InP/InGaAs異質PN結的正向和反向電流都增大了，并且這種變化隨著質子輻照劑量的增大而更加明顯；該器件的勢壘電容增大了。基于變頻C-V的測試結果，我們求解了該器件的界面態(tài)密度，結果顯示：相同輻照能量

4、條件下界面態(tài)密度隨著質子輻照劑量的增加而變大，相同輻照劑量條件下低能量的質子輻照造成了更大的界面態(tài)密度。
　　對于InP/InGaAs HBTs器件我們進行了輻照前后的輸出特性和Gummel特性的測試。測試結果顯示：質子輻照后器件的共發(fā)射電流增益降低了，具體來說，在相同的質子輻照能量條件下，器件的電流增益衰退隨著質子輻照劑量的增加而更嚴重；相同的質子輻照劑量條件下，低能量(3MeV)的質子輻照會造成更為嚴重的器件電流增益衰減。Gu

5、mmel測試結果表明器件電流增益衰退是質子輻照引起基極電流增大造成的。
　　本文基于解析模型求解了質子在InP和InGaAs中的非電離能量損失(NIEL)，計算結果很好地解釋了不同能量的質子輻照引起InP/InGaAs HBTs不同的電流增益衰退。為了解釋不同劑量的質子輻照引起的不同的實驗結果，本文進行了SRIM仿真，結果表明：相同能量條件下隨著質子輻照劑量的增加，質子引起的空位密度增加，從而很好的解釋了不同劑量引起的器件不同的電