G5 Artikkeliväitöskirja
Single-event radiation effects in silicon carbide power MOSFETs (2021)
Yksittäisten hiukkasten aiheuttamat säteilyilmiöt piikarbidipohjaisissa MOSFET-tehotransistoreissa


Martinella, C. (2021). Single-event radiation effects in silicon carbide power MOSFETs [Doctoral dissertation]. University of Jyväskylä. JYU Dissertations, 401. http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-8726-8


JYU-tekijät tai -toimittajat


Julkaisun tiedot

Julkaisun kaikki tekijät tai toimittajat: Martinella, Corinna

eISBN: 978-951-39-8726-8

Lehti tai sarja: JYU Dissertations

eISSN: 2489-9003

Julkaisuvuosi: 2021

Sarjan numero: 401

Kirjan kokonaissivumäärä: 1 verkkoaineisto (xv, 109 sivua, 26 sivua useina numerointijaksoina, 5 numeroimatonta sivua)

Kustantaja: University of Jyväskylä

Kustannuspaikka: Jyväskylä

Julkaisumaa: Suomi

Julkaisun kieli: englanti

Pysyvä verkko-osoite: http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-39-8726-8

Julkaisun avoin saatavuus: Avoimesti saatavilla

Julkaisukanavan avoin saatavuus: Kokonaan avoin julkaisukanava


Tiivistelmä

Tässä työssä on tutkittu yksittäisten hiukkasten aiheuttamia säteilyilmiöitä piikarbidista (SiC) valmistetuissa MOSFET-tehotransistoreissa. Tutkimukseen valitut säteilytyypit sisälsivät raskaita hiukkasia, neutroneja sekä protoneja. Näitä hiukkasia tavataan tyypillisesti avaruus-, ilmailu- sekä kiihdytinsovelluksien toimintaympäristöissä. Säteilytestaukset ja sähköiset karakterisoinnit suoritettiin, jotta vauriomekanismien eri moodit saatiin selville, sekä kaupallisten SiC MOSFET-teknologioiden luotettavuus arvioitua. Ensisijaisesti tutkimus keskittyi raskaiden hiukkasten ei-katastrofaalisiin säteilyilmiöihin, jotka luovat merkittävän riskin komponenttien luotettavuudelle ja sen arvioimiselle avaruussovelluksissa. Fokusoituja (ns. mikrosuihkuja) sekä laaja-alaisia suihkuja käyttämällä on mahdollista paremmin ymmärtää SELC-vauriomekanismia (engl. Single Event Leakage Current). Tässä työssä kuvataan kahdenlaista SELC-vauriotyyppiä, mitkä kohdistuvat fyysisesti transistorin eri osiin riippuen käytetystä biasjännitteestä. Matalammilla jännitteillä SELC havaitaan hilaoksidin alueella, kun taas korkeammilla jännitteillä vaurio havaitaan transistorin runkodiodin alueella. Työssä tutkittiin myös raskaiden hiukkasten aiheuttamia piileviä (latentteja) vaurioita kuvantamalla vauriokohtia elektronimikroskoopin avulla. Latentteja vauriotyyppejäkin havaitaan kahdenlaisia, joihin liittyvät alueet komponentin sisällä ovat hilaoksidi sekä SiC substraatti. Yllä mainituista tuloksista on mahdollista määrittää raskaiden hiukkasten SEE-ilmiöiden eri alueet käyttöjännitteen sekä hiukkasen energiajätön funktiona. Työn toisessa osassa keskityttiin SiC MOSFETien luotettavuuteen protoni- ja neutronisäteily-ympäristöissa. Kiihdytettyjä SEB-testejä (engl. Single Event Burnout) käyttäen eri komponenttiarkkitehtuureja tutkittiin. Saadut tulokset antavat hyödyllistä tietoa kaupallisten SiC MOSFET teknologioiden luotettavuudesta ilmailu- sekä kiihdytinsovelluksissa. Tämä projekti tehtiin yhteistyössä Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen, CERN:n R2E-projektin (Radiation to Electronics), sekä ETH Zürichin APS (Advanced Power Semiconductor) laboratorion kanssa.


YSO-asiasanat: säteilyfysiikka; ionisoiva säteily; hiukkassäteily; kosminen säteily; avaruustekniikka; puolijohteet; elektroniikkakomponentit; transistorit

Vapaat asiasanat: silicon carbide; power MOSFETs; radiation effects; single event effects; SELC; SEB; SEGR; latent damage


Liittyvät organisaatiot

JYU-yksiköt:


OKM-raportointi: Kyllä


Viimeisin päivitys 2021-09-07 klo 09:41