[发明专利]一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法

说明书

一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法，包括：基于碳化硅二极管的基本结构和材料组成，通过Geant4构建碳化硅二极管的仿真模型，并在Geant4中设定偏置电场的大小和入射粒子的种类、能量；在Geant4中进行仿真模拟：将入射粒子射入碳化硅二极管，模拟不同偏置电场下入射粒子在碳化硅二极管内的粒子运动轨迹及碳化硅二极管的初始缺陷损伤分布；基于仿真模型和初始缺陷损伤分布，通过TCAD软件模拟碳化硅二极管的缺陷损伤演化过程，以分析缺陷损伤对碳化硅二极管的电学性能的影响。揭示偏置电场与辐射损伤的相互作用关系，对碳化硅器件的辐射效应机理分析和可靠性评估提供了技术基础。

技术领域

本发明涉及半导体器件抗辐射分析技术领域，特别涉及一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法。

背景技术

为了建立高效、高可靠性的功率系统，人们一直在致力于改进功率开关器件，硅基二极管是作为功率开关器件的主要材料。但硅基二极管的散热性能较差，在高功率应用中会受到诸多限制，加之多年以来对硅基器件的不断研究，硅材料的性能已接近其本征特性极限。

碳化硅是一种宽禁带半导体材料，其禁带宽度约为硅材料的三倍左右，同时碳化硅材料具有较高的热导率，使得碳化硅基器件具有良好的散热性能。目前，碳化硅基器件主要应用于大功率电力系统，这就要求碳化硅在高压、大电流环境下也能具有良好的物理、化学特性。

因此碳化硅二极管被广泛使用在功率因数校正电路和升压转换器中，其具有开关损耗极低、开关频率高、开关特性稳定和效率高等优势。同时由于碳化硅材料自身的导热系数是硅材料的3倍左右，碳化硅功率器件有望应用于空间领域中，以达到降低电子设备重量、降低损耗、良好散热等目的。而在空间环境中应用碳化硅器件时，环境中的各种射线、粒子对器件可靠性的影响也是不可忽视的。

空间环境中重离子虽然通量较低，但其具有极强的能量损失特性，重离子入射碳化硅二极管，会对器件材料造成的微观损伤缺陷。在器件应用于高电压、大电流环境中时这些缺陷可能会严重影响器件的电学性能，甚至可能导致器件发生故障而失效。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法，利用蒙特卡罗模拟软件Geant4和半导体器件分析软件TCAD，对重离子辐射碳化硅二极管后产生的潜径迹损伤进行数值模拟，以分析缺陷损伤对器件电学性能的影响。

(二)技术方案

为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种偏置电场下重离子辐射碳化硅二极管的损伤分析方法，包括：基于碳化硅二极管的基本结构和材料组成，通过Geant4构建碳化硅二极管的仿真模型；在Geant4中进行仿真模拟，包括：将入射粒子射入碳化硅二极管，模拟不同偏置电场下入射粒子在碳化硅二极管内部的粒子运动轨迹及碳化硅二极管的初始缺陷损伤分布；基于碳化硅二极管的仿真模型和初始缺陷损伤分布，通过TCAD软件模拟碳化硅二极管的缺陷损伤演化过程，以分析缺陷损伤对碳化硅二极管的电学性能的影响。

进一步的，构建碳化硅二极管的仿真模型之前，还包括：利用FIB(聚焦离子束，Focused Ion beam)对碳化硅二极管进行纵向剖切，标定剖切后每层碳化硅二极管的成分，获得碳化硅二极管的基本结构和材料组成。

进一步的，在Geant4中进行仿真模拟之前还包括：在Geant4中设定偏置电场的大小、入射粒子的入射方向、入射粒子的种类和入射粒子的能量。

进一步的，将入射粒子射入碳化硅二极管包括：将入射粒子从碳化硅二极管的正极表面垂直射入。

进一步的，入射粒子为高能快重离子。

进一步的，高能快重离子的能量为200MeV以上。

(三)有益效果