[发明专利]抗位移辐射加固的MOS栅控晶闸管

说明书

本发明提供一种具备抗辐射能力的MOS栅控晶闸管，属于功率器件技术领域；所述MOS栅控晶闸管自上而下主要包括金属阴极、栅极、栅氧、阴极掺杂区、第一掺杂阱区、第二掺杂阱区、衬底、埋层、底层、阳极掺杂层和金属阳极；底层和金属阳极短接，实现零栅压条件下的正向耐压；底层为低掺杂，获得较高电阻率条件，使得器件内部晶闸管闩锁能够在小电流条件下触发，实现高电流上升率；衬底、埋层和底层为同型掺杂，埋层的掺杂浓度高于衬底，能够阻断耗尽电场，使得衬底厚度减薄。基于本发明器件结构能够提高MOS栅控晶闸管抗位移辐照的能力。

技术领域

本发明属功率器件技术领域，具体涉及一种抗位移辐射加固的MOS栅控晶闸管。

背景技术

MOS栅控晶闸管(MOS Controlled Thyristor，简称：MCT)具有电流密度大，无电流饱和效应，开态功耗低，开启速度快等优点，广泛应用于脉冲功率领域，如卫星装置能源管理系统等。空间辐射条件下，电子学产品面临高能电子、质子和重离子等射线的辐照，这些射线“轰击”电子学器件后，使得半导体材料的晶格离位，引入位移缺陷，影响载流子行为，使得器件电参数劣化，危机电子学系统/装置的安全性。MOS栅控晶闸管的抗位移辐射损伤加固，对提升卫星装置的在轨可靠性具有重要意义。

MOS栅控晶闸管为复合型器件，其等效电路主要包括四种基本结构，如图2所示，开启MOS结构(On-MOS)、关断MOS结构(Off-MOS)、上部三极管结构(Upper-BJT)和下部三极管(Lower-BJT)。MOS栅控晶闸管的工作原理是：栅电极高于On-MOS阈值电压后，载流子从金属阴极注入衬底，Upper-BJT和Lower-BJT进入正向放大状态，对常规器件，Upper-BJT和Lower-BJT(共基)直流增益之和大于1，即α_upper+α_lower≥1，Upper-BJT和Lower-BJT相互放大，触发正反馈，器件开启，进入晶闸管工作模式。栅电极施加的电压，高于OFF-MOS阈值电压后，OFF-MOS开启，通过沟道从第二掺杂阱区抽取衬底区的载流子，破坏晶闸管内部正反馈，使器件关断。

位移缺陷是有效的(少子)载流子复合/俘获中心，使得三极管结构的直流增益减小。当位移辐照强度足够大，Upper-BJT和Lower-BJT直流增益之和小于1，即α_upper+α_lower1，内部晶闸管的闩锁条件不满足，器件不能进入晶闸管模式，电阻的增大2-3个量级，出现电流饱和效应，器件失效。通常而言，三极管结构的位移损伤与基区宽度的平方呈正比，器件内部的Lower-BJT为宽基区结构，对位移辐射较为敏感，减小基区厚度有利提升器件抗位移辐射性能。当器件工作在正向阻断模式，Lower-BJT结构(主要是基区)承受高压，器件的击穿电压约等于Lower-BJT的开基击穿电压，受耐压参数要求，基区宽度无法减小，限制了器件的耐受位移辐射的能力。

中国专利文献库公开了“一种具有高电流上升率的栅控晶闸管”(申请号：201710706916.2)、“一种防止关断失效的栅控晶闸管器件”(申请号：201710707119.6)、“一种沟槽栅MOS控制晶闸管及其制作方法”(申请号：201810977983.2)、“一种MOS栅控晶闸管及其制造方法”(申请号：201911037622.0)。这些发明均专注于提升MOS栅控晶闸管的常规电学性能，尚未关注和讨论，器件的抗辐射性能。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种抗位移辐射加固的MOS栅控晶闸管，以提升器件在辐射环境中的使用寿命。

为实现上述发明目的，本发明技术方案如下：

一种抗位移辐射加固的MOS栅控晶闸管，从上至下依次包括金属阴极1、第一掺杂阱区5、第二掺杂阱区6、衬底7、埋层8、底层9、阳极掺杂层10和金属阳极11；