快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法

本发明涉及功率器件测试，具体涉及快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法，数据为电子，抗辐射加固。

背景技术：

1、以碳化硅(sic)、氮化镓(gan)为代表的第三代半导体材料，由于其宽带隙、高电子饱和漂移速度、高热导率、大击穿场强等优势，是制备高功率密度、高频率、低损耗电子器件的理想材料。其中，sic功率器件具有能量密度高、损失小、体积小的优势，在新能源汽车、光伏、轨道交通、大数据等领域具有广阔的应用前景。碳化硅芯片在高温环境下还具备较好的抗辐射能力。一些应用场景，如太空探索和核能领域，存在较高的辐射环境。传统硅芯片在辐射下容易产生能量弥散现象，从而影响芯片的正常运行。碳化硅芯片则具备较强的辐射抵抗能力，能够在高辐射环境中保持稳定性能，确保系统的正常运行。

2、为了降低空间辐射效应对航天器的危害，电子器件需要具备抗辐射能力。空间辐射主要来自银河宇宙射线、太阳宇宙射线和地球辐射带的带电粒子，如质子、重离子和电子等。这些带电粒子会引起电子器件的单粒子效应(see)、电离总剂量(tid)效应和位移损伤(dd)效应。

3、航天器根据任务的重要性和轨道环境的严酷度对电子器件提出了抗辐射要求。例如，在地球轨道长寿命卫星中，一般要求电子器件具备抗单粒子烧毁(seb)的线性能量传输(let)大于75mevcm2/mg的能力。

4、对于大多数半导体材料而言，高能粒子入射产生一对电子-空穴对所需的平均能量约为其禁带宽度的3-5倍。而sic具有较宽的禁带宽度，因此理论上sic器件具备优于si器件的抗电离辐照能力，包括抗单粒子效应的能力。

5、因此，sic器件在空间应用中具有潜在的优势，可以更好地应对空间辐射带来的损伤问题。进一步研究sic器件在不同温度辐照环境下的损伤特性，将有助于提高航天器的可靠性和稳定性。

6、尽管已有研究表明，在地面常规工作条件下，sic mosfet的阈值电压随着环境温度的升高呈线性下降趋势。而在高温栅应力下，sic mosfet的导通电阻会发生漂移。然而，在空间辐射环境中，sic mosfet环境工作温度的升高对其导通特性会产生何种影响？辐射效应与温度效应是否会相互耦合？以及这些影响会对器件性能产生何种影响？目前，关于这些问题的系统研究还很少，仍需要积累大量的试验数据并进行深入的机理研究。

7、来自银河宇宙射线、太阳宇宙射线和地球辐射带的带电粒子，如质子、重离子和电子等，会对碳化硅功率晶体管的导通特性产生影响。为了快速鉴别不同温度辐照环境下碳化硅功率晶体管的导通特性，可以采用以下策略：

8、1.电流-电压特性测试：在不同温度下，通过测量碳化硅功率晶体管的电流-电压特性曲线，可以评估器件的导通特性。比较辐照前后的特性曲线，观察电流和电压之间的关系是否发生变化。如果存在明显的变化，可以判断器件在辐照环境下受到了影响。

9、2.开通电阻测试：测量开通状态下碳化硅功率晶体管的电阻值。辐照损伤可能导致晶体管的电阻值增加，从而影响导通特性。通过比较测试结果，可以快速鉴别器件的辐照损伤情况。

10、3.功耗电流测试：通过测量辐照前后碳化硅功率晶体管的功耗电流，可以评估器件的能耗情况。辐照损伤可能导致功耗电流增加，从而影响导通特性。通过比较测试结果，可以判断器件是否受到辐照损伤。

11、4.热参量测试：利用热参量测试方法，测量器件在不同温度下的热阻、热容等参数的变化。辐照损伤可能导致晶体管的热特性发生变化。通过比较测试结果，可以快速鉴别器件的辐照损伤情况。通过以上策略，可以快速鉴别不同温度辐照环境下碳化硅功率晶体管的导通特性。这些方法可以提供关于器件性能和可靠性的重要信息，帮助评估器件在辐照环境下的工作状态。

12、本发明提出快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法，该方法可以快速的检测大功率碳化硅垂直双扩散型晶体管在不同温度辐照环境下导通特性的损伤程度，不需要根据特定器件设定复杂参数，具有一定通用性。本发明解决了碳化硅垂直双扩散型晶体管在高温环境中受到辐射后不能准确判断是否严重影响器件导通性能的困难，为深入分析碳化硅垂直双扩散型晶体管结构及辐射效应提供了有效可行的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，为解决碳化硅垂直双扩散型晶体管在不同温度下受到辐射后不能准确判断是否严重影响器件导通特性的困难，提供一种快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法，该方法涉及装置是由鼓风干燥箱、样品测试版、转接座、导通测试模块和计算机组成，在辐照过程中通过远程控制器对鼓风干燥箱的温度进行控制，模拟高温环境。利用计算机中的测试软件，设定的电压测试，得到碳化硅垂直双扩散型晶体管导通特性数据，将导通特性数据经过优化拟合为随温度变化的导通特性曲线；再将鼓风干燥箱、样品测试版放在钴60伽马射线辐照室内，得到高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性曲线，对辐照前后测试得到的晶体管导通特性曲线进行比对快速判断是否会对器件的导通性能产生严重影响。本发明操作方便快捷，具有一定通用。

2、本发明所述的一种快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法，其特征在于，该方法涉及的装置是由鼓风干燥箱、样品测试版、转接座、导通测试模块和计算机组成，在鼓风干燥箱(1)内放置样品测试板(2)，在样品测试板(2)上放置碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)，样品测试板(2)导通测试模块(4)相连，导通测试模块(4)与计算机(5)通过usb数据线连接，具体操作按下列步骤进行：

3、a、保持鼓风干燥箱(1)内环境温度为25℃、100℃、150℃、175℃恒定，将样品测试板(2)上放置碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)并置于鼓风干燥箱(1)内10分钟，使其裸片温度和湿度与设定环境保持一致；

4、b、对鼓风干燥箱(1)内的碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)进行参数测试，将样品测试板(2)通过信号传输线与导通测试模块(4)相连，设置导通测试模块(4)的扫描电压，开始进行导通特性测试，通过计算机(5)对导通特性数据的收集；

5、c、对鼓风干燥箱(1)内的环境温度进行阶梯性递增设定，每次增加的温度幅度为25℃，并在设定后保持10分钟静置，使其温度和湿度与设定环境保持一致；

6、d、将鼓风干燥箱(1)置于辐照环境中，在每个温度节点进行辐照试验，辐照过程中保持温度恒定，并在辐照前后进行参数测试；

7、e、将步骤d得到的辐照前的四种温度为25℃、100℃、150℃、175℃的导通电阻数据经过优化拟合成为随温度变化的导通电阻曲线；

8、f、将步骤d得到的辐照后的四种温度为25℃、100℃、150℃、175℃的导通电阻数据经过优化拟合成为随温度、累积剂量变化的导通电阻曲线；

9、g、对辐照前后测试得到的晶体管导通电阻曲线进行比对，通过对比分析随温度变化的导通电阻变化趋势和随温度、累积剂量变化的导通电阻变化趋势，判断导通特性损伤程度。

10、本发明所述的快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管导通特性的方法，该方法中温度恒定是指碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)可以正常工作的温度范围中的任意温度值，选取该温度后，将碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)在该密封环境的温度下静置10分钟，使碳化硅垂直双扩散型晶体管样品(3)的器件温度始终与设定温度一致。

11、由于数据库中积累了大量的关系模型，该方法可以快速准确的判断该阈值变化是否超差，以及这样的退化是否会对器件的电学性能产生严重影响。

12、本发明所述的快速鉴别高温辐照环境下碳化硅功率晶体管损伤的方法，适用于任意碳化硅垂直双扩散型器件，可以快速的检测极端环境(温度、辐射)引起的损伤是否会对器件的电学性能产生严重影响，不需要根据器件的不同而设置不同的参数，具有一定的通用性，且在检测的同时可以计算得到平滑的转移特性曲线。本发明解决了碳化硅垂直双扩散型晶体管在不同环境温度下受到辐射后电学性能发生异常不能准确判的困难，为深入分析碳化硅垂直双扩散型晶体管极端环境下的辐射效应提供了有效可行的方法。适用于需要掌握辐照后碳化硅垂直双扩散型晶体管电学性能的器件研制单位、科研院所和航天载荷单位使用。